一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量系統(tǒng)及方法，計(jì)算機(jī)控制任意波形發(fā)生器產(chǎn)生波形，根據(jù)多通道數(shù)據(jù)采集器上傳的數(shù)據(jù)控制任意波形發(fā)生器改變波形，利用迭代算法獲得磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓的期望波形，進(jìn)而計(jì)算被測(cè)樣品磁致伸縮回線(xiàn)；功率放大器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行放大處理，勵(lì)磁裝置固定被測(cè)樣品使被測(cè)樣品工作在閉磁路條件下，并在磁化方向上施加應(yīng)力；激光測(cè)振儀用于測(cè)量振動(dòng)速度；多通道數(shù)據(jù)采集器用于采集電壓、電流和振動(dòng)速度；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了閉磁路和應(yīng)力條件下對(duì)電工鋼片磁致伸縮回線(xiàn)的測(cè)量，符合電工鋼片的一般使用環(huán)境；利用迭代法使得磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓波形為正弦波，取代了傳統(tǒng)的模擬反饋回路，具有不易震蕩和頻率范圍寬等特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及磁性材料磁性能測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量系統(tǒng) 及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 電工鋼片是性能優(yōu)良的軟磁合金，包含硅鋼片、坡莫合金、非晶和納米晶等材料， 是各種電機(jī)和變壓器中不可缺少的重要磁性材料。電工鋼片的磁致伸縮是指在交變磁場(chǎng)作 用下，其體積隨交變磁場(chǎng)變化而變化的現(xiàn)象。它不僅帶來(lái)環(huán)境噪聲污染，還會(huì)造成鐵心發(fā) 熱，甚至產(chǎn)生諧振，造成電力設(shè)備故障。電工鋼片的磁致伸縮系數(shù)已成為變壓器、電機(jī)的重 要性能指標(biāo)，我國(guó)是電工鋼片第一生產(chǎn)大國(guó)，人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注電工鋼片的磁致伸縮性 能。因此，采用有效可靠的系統(tǒng)及方法準(zhǔn)確測(cè)量電工鋼片的磁致伸縮回線(xiàn)顯得尤為重要。
[0003] 目前，國(guó)際上已有電工鋼片磁致伸縮測(cè)量?jī)x商業(yè)化儀器，例如日本的理研的 MST-400C磁致伸縮測(cè)試儀，它采用螺線(xiàn)管勵(lì)磁，被測(cè)樣品在沒(méi)有應(yīng)力下自由振動(dòng)，利用激光 位移計(jì)測(cè)量磁致伸縮。但螺線(xiàn)管勵(lì)磁為開(kāi)磁路工作方式，而電工鋼片構(gòu)成的鐵心大多工作 在閉磁路條件下，螺線(xiàn)管勵(lì)磁方式具有一定的局限性。另外，電工鋼片的生產(chǎn)和使用廠(chǎng)家更 關(guān)心應(yīng)力條件下磁致伸縮性能，上述測(cè)量設(shè)備不具有此項(xiàng)功能。
[0004] 另外一種國(guó)際上普遍采用IEC60404-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的SST單片測(cè)量法構(gòu)成閉合回路 測(cè)量電工鋼片磁性能。其勵(lì)磁裝置是單片磁導(dǎo)計(jì)，采用了兩個(gè)垂直磁軛和一個(gè)測(cè)量線(xiàn)框。雖 然IEC60404-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的單片磁導(dǎo)計(jì)測(cè)量原理可應(yīng)用在電工鋼片的磁致伸縮測(cè)量?jī)x中， 但其磁軛結(jié)構(gòu)和測(cè)量線(xiàn)框結(jié)構(gòu)都不適合應(yīng)力條件下磁致伸縮測(cè)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電工鋼片磁致伸縮 測(cè)量系統(tǒng)及方法，解決磁致伸縮測(cè)量問(wèn)題，提高我國(guó)電工鋼片量傳和質(zhì)檢能力，滿(mǎn)足高性能 電工鋼等新材料【技術(shù)領(lǐng)域】、國(guó)家重大電力工程用大型發(fā)電機(jī)和變壓器的先進(jìn)制造業(yè)急需的 分析測(cè)量手段的需求。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量系統(tǒng)，包 括計(jì)算機(jī)、任意波形發(fā)生器、功率放大器、勵(lì)磁裝置、激光測(cè)振儀和多通道數(shù)據(jù)采集器；
[0007] 所述計(jì)算機(jī)，其用于控制任意波形發(fā)生器產(chǎn)生期望波形，還用于對(duì)多通道數(shù)據(jù)采 集器上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，控制任意波形發(fā)生器改變波形，利用迭代算法獲得期望波形，進(jìn) 而計(jì)算被測(cè)樣品磁致伸縮回線(xiàn)；
[0008] 所述任意波形發(fā)生器，其用于在計(jì)算機(jī)控制下產(chǎn)生任意波形并發(fā)送給功率放大 器，還為多通道數(shù)據(jù)采集器提供同步采樣信號(hào)；
[0009] 所述功率放大器，其用于對(duì)任意波形發(fā)生器發(fā)送的波形進(jìn)行放大處理，進(jìn)而發(fā)送 給勵(lì)磁裝置；
[0010] 所述勵(lì)磁裝置，其用于固定被測(cè)樣品，使被測(cè)樣品工作在閉磁路條件下，為被測(cè)樣 品勵(lì)磁，同時(shí)在磁化方向上施加應(yīng)力；
[0011] 所述激光測(cè)振儀，其用于測(cè)量勵(lì)磁裝置的磁致伸縮振動(dòng)速度，并將測(cè)量的振動(dòng)速 度傳送至多通道數(shù)據(jù)采集器；
[0012] 所述多通道數(shù)據(jù)采集器，其用于接收激光測(cè)振儀發(fā)送的振動(dòng)速度，還用于采集勵(lì) 磁裝置的電壓電流數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明中勵(lì)磁裝置固定被測(cè)樣品，使被測(cè)樣品工作在閉磁 路條件下，在磁化方向上施加應(yīng)力，能夠在磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓正弦條件下對(duì)被測(cè)樣品勵(lì) 磁，測(cè)量磁致伸縮回線(xiàn)，勵(lì)磁裝置為被測(cè)樣品的測(cè)量提供合適的測(cè)量環(huán)境，符合電工鋼片的 一般使用環(huán)境；采用激光測(cè)振儀測(cè)量磁致伸縮振動(dòng)，將測(cè)得的振動(dòng)速度經(jīng)過(guò)多通道數(shù)據(jù)采 集器采樣和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)化為被測(cè)樣品的位移量，激光測(cè)振儀具有測(cè)量準(zhǔn)確度高、重 復(fù)性好和量值溯源方便等特點(diǎn)；所述計(jì)算機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字諧波分析，控制任意波 形發(fā)生器改變波形，利用迭代法使得磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓波形為正弦波，取代了傳統(tǒng)的模 擬反饋回路，具有波形失真小、不易震蕩和頻率范圍寬等特點(diǎn)。
[0014] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0015] 進(jìn)一步，所述勵(lì)磁裝置包括水平"回"形磁軛、測(cè)量線(xiàn)框、加壓裝置和壓力導(dǎo)向裝 置；所述水平"回"形磁軛中部橫向固定測(cè)量線(xiàn)框，所述壓力導(dǎo)向裝置為中空矩形結(jié)構(gòu)，被測(cè) 樣品固定在壓力導(dǎo)向裝置內(nèi)，所述壓力導(dǎo)向裝置水平穿過(guò)測(cè)量線(xiàn)框，兩端搭在水平"回"形 磁軛上。
[0016] 采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：本發(fā)明所述水平"回"形磁軛為被測(cè)樣品提供 閉合的磁路，與傳統(tǒng)垂直磁軛相比，具有加工容易、不易開(kāi)裂、絕緣電阻高和端面平整等優(yōu) 點(diǎn)，非常適合電工鋼片的磁致伸縮測(cè)量；所述壓力導(dǎo)向裝置起壓力導(dǎo)向作用，使得被測(cè)樣品 在壓應(yīng)力下在長(zhǎng)度方向上自由振動(dòng)，在垂直方向上不產(chǎn)生變形。
[0017] 進(jìn)一步，所述水平"回"形磁軛采用硅鋼疊片組成"回"字形狀，其外圈正方形邊長(zhǎng) 為500mm，內(nèi)圈正方形邊長(zhǎng)為300mm，疊片厚度為25mm。
[0018] 進(jìn)一步，所述測(cè)量線(xiàn)框包括所述測(cè)量線(xiàn)框包括骨架、初級(jí)繞組、次級(jí)繞組、第一 Η 線(xiàn)圈和第二Η線(xiàn)圈；所述骨架為矩形中空板狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部形成矩形空腔，在骨架上下兩側(cè) 分別安裝第一 Η線(xiàn)圈和第二Η線(xiàn)圈，以骨架、第一 Η線(xiàn)圈和第二Η線(xiàn)圈為軸繞制次級(jí)繞組， 進(jìn)而在次級(jí)繞組的外側(cè)繞制初級(jí)繞組。
[0019] 采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：測(cè)量線(xiàn)框采用上下兩個(gè)Η線(xiàn)圈，將Η線(xiàn)圈電壓 和次級(jí)感應(yīng)電壓輸入到多通道數(shù)據(jù)采集器中，通過(guò)多通道數(shù)據(jù)采集器中的模擬減法器使得 次級(jí)感應(yīng)電壓減去Η線(xiàn)圈感應(yīng)電壓，從而得到磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓；上述測(cè)量線(xiàn)框具有制 作工藝簡(jiǎn)單和調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。
[0020] 進(jìn)一步，所述所述骨架內(nèi)部空腔高度為5mm，寬度為106mm。
[0021] 采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：測(cè)量線(xiàn)框采用上述寬度，有利于與被測(cè)樣品 配合；測(cè)量線(xiàn)框開(kāi)口高度大，便于加壓裝置的安裝。
[0022] 進(jìn)一步，所述壓力導(dǎo)向裝置包括上固定板和下固定板，被測(cè)樣品放置在下固定板 上，上固定板與被測(cè)樣品保持一定間隙，所述上固定板上設(shè)有反光鏡安裝孔和夾具安裝孔， 所述反光鏡安裝孔用于安裝激光測(cè)振儀使用的反光鏡，所述夾具安裝孔安裝夾具，用于夾 緊被測(cè)樣品的一端，被測(cè)樣品的另一端連接加壓裝置。
[0023] 采用上述進(jìn)一步方案的有益效果：上固定板和下固定板配合起到壓力導(dǎo)向作用， 使得被測(cè)樣品在壓應(yīng)力下在長(zhǎng)度方向上自由振動(dòng)，在垂直方向上不產(chǎn)生變形。
[0024] 進(jìn)一步，所述下固定板為光滑平板，所述上固定板與被測(cè)樣品間的間隙為0. 1_， 所述上固定板厚為3mm，下固定板厚為0· 1至1mm。
[0025] 采用上述進(jìn)一步方案的有益效果：下固定板采用光滑平板，以減小被測(cè)樣品與下 固定板的摩擦，上固定板防止樣品加壓后在垂直方向翹起，下固定板防止被磁化的被測(cè)樣 品與磁軛吸住。
[0026] 進(jìn)一步，所述多通道數(shù)據(jù)采集器采集的電壓電流數(shù)據(jù)包括初級(jí)勵(lì)磁電流、Η線(xiàn)圈感 應(yīng)電壓和次級(jí)感應(yīng)電壓，所述多通道數(shù)據(jù)采集器內(nèi)部包含模擬減法器，利用模擬減法器使 得次級(jí)感應(yīng)電壓減去Η線(xiàn)圈感應(yīng)電壓，從而得到磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓。
[0027] 采用上述進(jìn)一步方案的有益效果：通過(guò)多通道數(shù)據(jù)采集器內(nèi)部的模擬減法器使得 次級(jí)感應(yīng)電壓減去Η線(xiàn)圈感應(yīng)電壓，從而得到磁極化強(qiáng)度的感應(yīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)空氣磁通補(bǔ)償。
[0028] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的另一技術(shù)方案如下：一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量方 法，包括如下步驟：
[0029] 步驟1，計(jì)算機(jī)控制任意波形發(fā)生器產(chǎn)生期望波形；
[0030] 步驟2,期望波形經(jīng)過(guò)功率放大器放大后，對(duì)勵(lì)磁裝置中的被測(cè)樣品勵(lì)磁；
[0031] 步驟3,激光測(cè)振儀測(cè)量勵(lì)磁裝置的磁致伸縮振動(dòng)速度，并將測(cè)量的振動(dòng)速度傳送 至多通道數(shù)據(jù)采集器；
[0032] 步驟4,多通道數(shù)據(jù)采集器接收激光測(cè)振儀發(fā)送的磁致伸縮振動(dòng)速度，同時(shí)采集勵(lì) 磁裝置中的初級(jí)勵(lì)磁電流、Η線(xiàn)圈感應(yīng)電壓和次級(jí)感應(yīng)電壓，利用其內(nèi)部的模擬減法器使得 次級(jí)感應(yīng)電壓減去Η線(xiàn)圈感應(yīng)電壓，得到磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓，進(jìn)而發(fā)送給計(jì)算機(jī)；
[0033] 步驟5,計(jì)算機(jī)對(duì)磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓進(jìn)行數(shù)字諧波分析，控制任意波形發(fā)生器改 變波形，利用迭代法使得磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓波形為期望波形；
[0034] 步驟6,在磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓波形為期望波形條件下，利用此時(shí)獲得的磁致伸縮 振動(dòng)速度、初級(jí)勵(lì)磁電流和磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓計(jì)算被測(cè)樣品的磁致伸縮回線(xiàn)。
[0035] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0036] 進(jìn)一步，步驟6中計(jì)算被測(cè)樣品的磁致伸縮回線(xiàn)的具體實(shí)現(xiàn)為：將一個(gè)周期內(nèi)磁 致伸縮振動(dòng)速度和磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓數(shù)值積分，從而得到磁致伸縮位移波形和磁極化強(qiáng) 度波形；從波形中得到磁致伸縮隨磁極化強(qiáng)度變化的回線(xiàn)；計(jì)算一個(gè)周期內(nèi)磁極化強(qiáng)度感 應(yīng)電壓和初級(jí)勵(lì)磁電流的乘積，從而計(jì)算出被測(cè)樣品損耗。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1為本發(fā)明所述一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量系統(tǒng)框圖；
[0038] 圖2a為本發(fā)明所述勵(lì)磁裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039] 圖2b為本發(fā)明所述水平"回"形磁軛和測(cè)量線(xiàn)圈的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040] 圖3a為本發(fā)明所述測(cè)量線(xiàn)框的主視剖視圖；
[0041] 圖3b為沿圖3a的AA'方向的剖視圖；
[0042] 圖4a為本發(fā)明所述壓力裝置和壓力導(dǎo)向裝置的俯視圖；
[0043] 圖4b為沿圖4a的BB'方向的剖視圖；
[0044] 圖5為本發(fā)明所述一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量方法流程圖。
[0045] 附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：
[0046] 101、計(jì)算機(jī)，102、任意波形發(fā)生器，103、功率放大器，104、勵(lì)磁裝置，105、激光測(cè) 振儀，106、多通道數(shù)據(jù)采集器，201、水平"回"形磁軛，202、測(cè)量線(xiàn)框，203、加壓裝置，204、 壓力導(dǎo)向裝置，205、反光鏡，206、夾具，301、骨架，302、初級(jí)繞組，303、次級(jí)繞組，304、第一 Η 線(xiàn)圈，305第二Η線(xiàn)圈，401、上固定板，402、下固定板，403、反光鏡安裝孔，404、夾具安裝孔， 405、被測(cè)樣品。

【具體實(shí)施方式】
[0047] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0048] 如圖1所示，一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)101、任意波形發(fā)生器 102、功率放大器103、勵(lì)磁裝置104、激光測(cè)振儀105和多通道數(shù)據(jù)采集器106 ;所述計(jì)算機(jī) 101，其用于控制任意波形發(fā)生器產(chǎn)生期望波形，還用于對(duì)多通道數(shù)據(jù)采集器上傳的數(shù)據(jù)進(jìn) 行分析，控制任意波形發(fā)生器改變波形，利用迭代算法獲得期望波形，進(jìn)而計(jì)算被測(cè)樣品磁 致伸縮回線(xiàn)；所述任意波形發(fā)生器102,其用于在計(jì)算機(jī)控制下產(chǎn)生任意波形并發(fā)送給功 率放大器，還為多通道數(shù)據(jù)采集器提供同步采樣信號(hào)；所述功率方法器103,其用于對(duì)任意 波形發(fā)生器發(fā)送的波形進(jìn)行放大處理，進(jìn)而發(fā)送給勵(lì)磁裝置；所述勵(lì)磁裝置104,其用于固 定被測(cè)樣品，使被測(cè)樣品工作在閉磁路條件下，為被測(cè)樣品勵(lì)磁，同時(shí)在磁化方向上施加應(yīng) 力；所述激光測(cè)振儀105,其用于測(cè)量勵(lì)磁裝置的磁致伸縮振動(dòng)速度，并將測(cè)量的振動(dòng)速度 傳送至多通道數(shù)據(jù)采集器；所述多通道數(shù)據(jù)采集器106,其用于接收激光測(cè)振儀發(fā)送的振 動(dòng)速度，還用于采集勵(lì)磁裝置的初級(jí)勵(lì)磁電流、Η線(xiàn)圈感應(yīng)電壓和次級(jí)感應(yīng)電壓，將采集的 數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)。
[0049] 如圖2a、2b所示，所述勵(lì)磁裝置包括水平"回"形磁軛201、測(cè)量線(xiàn)框202、加壓裝 置203和壓力導(dǎo)向裝置204 ;所述水平"回"形磁軛201中部橫向固定測(cè)量線(xiàn)框202,所述壓 力導(dǎo)向裝置204為中空矩形結(jié)構(gòu)，被測(cè)樣品固定在壓力導(dǎo)向裝置204內(nèi)，所述壓力導(dǎo)向裝置 204水平穿過(guò)測(cè)量線(xiàn)框202,兩端搭在水平"回"形磁軛201上，其一端連接加壓裝置203。 本發(fā)明所述水平"回"形磁軛201，與傳統(tǒng)垂直磁軛相比，具有加工容易、不易開(kāi)裂、絕緣電阻 高和端面平整等優(yōu)點(diǎn)，非常適合電工鋼片的磁致伸縮測(cè)量；所述壓力導(dǎo)向裝置204,使得被 測(cè)樣品在壓應(yīng)力下在長(zhǎng)度方向上自由振動(dòng)，在垂直方向上不產(chǎn)生變形。
[0050] 傳統(tǒng)的單片磁導(dǎo)計(jì)都采用垂直磁軛，本發(fā)明中水平磁軛與傳統(tǒng)的垂直磁軛相比具 有加工容易、不易開(kāi)裂、絕緣電阻高和端面平整等優(yōu)點(diǎn)，非常適合電工鋼片的磁致伸縮測(cè) 量。水平磁軛使用優(yōu)質(zhì)取向硅鋼疊片組成"回"字形狀，外圈正方形邊長(zhǎng)為500mm，內(nèi)圈正方 形邊長(zhǎng)為300_，疊片厚度為25_。水平磁軛為被測(cè)樣品提供閉合的磁路。
[0051] 其中，所述水平"回"形磁軛采用硅鋼疊片組成"回"字形狀，其外圈正方形邊長(zhǎng)為 500mm，內(nèi)圈正方形邊長(zhǎng)為300mm，疊片厚度為25mm。
[0052] 如圖3a、3b所示，所述測(cè)量線(xiàn)框包括骨架301、初級(jí)繞組302、次級(jí)繞組303、第一 Η 線(xiàn)圈304和第二Η線(xiàn)圈305 ;所述骨架為矩形中空板狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部形成矩形空腔，在骨架 301上下兩側(cè)分別安裝第一 Η線(xiàn)圈304和第二Η線(xiàn)圈305,以骨架301、第一 Η線(xiàn)圈304和第 二Η線(xiàn)圈305為軸繞制次級(jí)繞組304,進(jìn)而在次級(jí)繞組的外側(cè)繞制初級(jí)繞組302。所述測(cè)量 線(xiàn)框202采用上下兩個(gè)Η線(xiàn)圈，將采集的初級(jí)勵(lì)磁電流、Η線(xiàn)圈感應(yīng)電壓和次級(jí)感應(yīng)電壓輸 入到多通道數(shù)據(jù)采集器106中，通過(guò)模擬減法器使得次級(jí)繞組電壓減去Η線(xiàn)圈感應(yīng)電壓，從 而得到磁極化強(qiáng)度的感應(yīng)信號(hào)；上述測(cè)量線(xiàn)框具有抗干擾性強(qiáng)、制作工藝簡(jiǎn)單和調(diào)試方便 等優(yōu)點(diǎn)。
[0053] 所述骨架301內(nèi)部空腔高度為5mm，寬度為106mm，寬度的改變是為了適合樣品， 因?yàn)楸粶y(cè)試樣寬度為100mm ;傳統(tǒng)磁導(dǎo)計(jì)高度一般是越小越好，一般小于2_，便于空氣磁 通補(bǔ)償，本發(fā)明的測(cè)量線(xiàn)框開(kāi)口高度大，是為了便于加壓裝置的使用。由于測(cè)量線(xiàn)框開(kāi)口高 度大，傳統(tǒng)的空氣磁通補(bǔ)償辦法不再適用，本發(fā)明采用上下兩個(gè)Η線(xiàn)圈，輸入到多通道數(shù)據(jù) 采集器中，通過(guò)多通道數(shù)據(jù)采集器內(nèi)部的模擬減法器使得次級(jí)感應(yīng)電壓減去Η線(xiàn)圈感應(yīng)電 壓，從而得到磁極化強(qiáng)度的感應(yīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)空氣磁通補(bǔ)償。該方法與傳統(tǒng)單片磁導(dǎo)計(jì)互感補(bǔ) 償法相比，具有制作工藝簡(jiǎn)單和調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。
[0054] 如圖4a、4b所示，所述壓力導(dǎo)向裝置204包括上固定板401和下固定板402,被測(cè) 樣品放置在下固定板402上，上固定板401與被測(cè)樣品保持一定間隙，所述上固定板401上 設(shè)有反光鏡安裝孔403和夾具安裝孔404,所述反光鏡安裝孔403用于安裝激光測(cè)振儀使用 的反光鏡，所述夾具安裝孔404安裝夾具，用于夾緊被測(cè)樣品的一端，被測(cè)樣品的另一端連 接加壓裝置。
[0055] 對(duì)于本發(fā)明所述的加壓裝置，壓力來(lái)源于經(jīng)典的氣動(dòng)壓力控制，本發(fā)明在此不在 贅述。電工鋼片的厚度一般在小于0. 5mm，而被測(cè)樣品長(zhǎng)為500mm，寬為100mm，本發(fā)明在長(zhǎng) 度方向上施加〇-l〇MPa的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。拉應(yīng)力實(shí)現(xiàn)起來(lái)容易，但是壓應(yīng)力的實(shí)現(xiàn)是技 術(shù)關(guān)鍵。本發(fā)明設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了壓力導(dǎo)向框204,其中壓力導(dǎo)向裝置的上固定板401厚為3mm，下 固定板厚為〇. 1-lmm，樣品放置在下固定板402上，上固定板401與樣品間距控制在0. 1mm 左右。下固定板402須為光滑的平板，其整體放在兩端磁軛、測(cè)量線(xiàn)框內(nèi)框和夾具所形成的 水平平面上。上固定板上有兩個(gè)開(kāi)孔，一個(gè)是反光鏡安裝孔403,用于安裝激光測(cè)振儀使用 的反光鏡；另一個(gè)開(kāi)孔為夾具安裝孔404,用于安裝夾具，利用夾具夾緊電工鋼片。采用壓 力導(dǎo)向裝置的目的是使得被測(cè)樣品在壓應(yīng)力下在長(zhǎng)度方向上自由振動(dòng)，在垂直方向上不產(chǎn) 生變形。
[0056] 如圖5所示，一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量方法，包括如下步驟：
[0057] 步驟1，計(jì)算機(jī)控制任意波形發(fā)生器產(chǎn)生期望波形；
[0058] 步驟2,期望波形經(jīng)過(guò)功率放大器放大后，對(duì)勵(lì)磁裝置中的被測(cè)樣品勵(lì)磁；
[0059] 步驟3,激光測(cè)振儀測(cè)量勵(lì)磁裝置的磁致伸縮振動(dòng)速度，并將測(cè)量的振動(dòng)速度傳送 至多通道數(shù)據(jù)采集器；
[0060] 步驟4,多通道數(shù)據(jù)采集器接收激光測(cè)振儀發(fā)送的磁致伸縮振動(dòng)速度，同時(shí)采集勵(lì) 磁裝置中的初級(jí)勵(lì)磁電流、Η線(xiàn)圈感應(yīng)電壓和次級(jí)感應(yīng)電壓，利用其內(nèi)部的模擬減法器使得 次級(jí)感應(yīng)電壓減去Η線(xiàn)圈感應(yīng)電壓，得到磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓，進(jìn)而發(fā)送給計(jì)算機(jī)；
[0061] 步驟5,計(jì)算機(jī)對(duì)磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓進(jìn)行數(shù)字諧波分析，控制任意波形發(fā)生器改 變波形，利用迭代法使得磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓波形為期望波形；
[0062] 步驟6,在磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓波形為期望波形條件下，利用此時(shí)獲得的磁致伸縮 振動(dòng)速度、初級(jí)勵(lì)磁電流和磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓計(jì)算被測(cè)樣品的磁致伸縮回線(xiàn)。
[0063] 相同頻率和相同磁極化強(qiáng)度峰值條件下，磁致伸縮回線(xiàn)不唯一，其形狀與磁化過(guò) 程直接相關(guān)，為了強(qiáng)調(diào)可比性，必須要求磁通波形為正弦（即磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓波形系 數(shù)在1. 1107的± 1 %以?xún)?nèi)），使得磁致伸縮回線(xiàn)唯一。本發(fā)明中通過(guò)對(duì)磁極化強(qiáng)度感應(yīng)信號(hào) 進(jìn)行數(shù)字諧波分析，然后改變?nèi)我獠ㄐ伟l(fā)生器波形，利用迭代法使得磁極化強(qiáng)度感應(yīng)信號(hào) 波形正弦，取代了傳統(tǒng)的模擬反饋回路，具有波形失真小、不易震蕩和頻率范圍寬等特點(diǎn)。
[0064] 步驟6中計(jì)算被測(cè)樣品的磁致伸縮回線(xiàn)的具體實(shí)現(xiàn)為：將一個(gè)周期內(nèi)磁致伸縮振 動(dòng)速度和磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓數(shù)值積分，從而得到磁致伸縮位移波形和磁極化強(qiáng)度波形； 從波形中得到磁致伸縮隨磁極化強(qiáng)度變化的回線(xiàn)；計(jì)算一個(gè)周期內(nèi)磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓和 初級(jí)勵(lì)磁電流的乘積，從而計(jì)算出被測(cè)樣品損耗。
[0065] 本發(fā)明中被測(cè)樣品工作在閉磁路條件下，并且能夠在磁化方向上施加0-10MPa的 拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，測(cè)量頻率為20Ηζ-400Ηζ，能夠在磁通正弦條件下對(duì)被測(cè)樣品勵(lì)磁，測(cè)量磁 致伸縮回線(xiàn)。磁致伸縮振動(dòng)采用激光測(cè)振儀測(cè)量，激光測(cè)振儀測(cè)量所得的振動(dòng)速度經(jīng)過(guò)多 通道數(shù)據(jù)采集器采樣和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)化為被測(cè)樣品的位移量。激光測(cè)振儀具有測(cè)量準(zhǔn) 確度高、重復(fù)性好和量值溯源方便等特點(diǎn)。當(dāng)采用500*100mm被測(cè)硅鋼片時(shí)，本發(fā)明測(cè)量頻 率為20Hz-400Hz，位移測(cè)量分辨率達(dá)到3nm，磁致伸縮系數(shù)分辨率為1 X 10-8,復(fù)現(xiàn)性?xún)?yōu)于 5%。
[0066] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括計(jì)算機(jī)、任意波形發(fā)生器、功率 放大器、勵(lì)磁裝置、激光測(cè)振儀和多通道數(shù)據(jù)采集器； 所述計(jì)算機(jī)，其用于控制任意波形發(fā)生器產(chǎn)生波形，還用于對(duì)多通道數(shù)據(jù)采集器上傳 的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，控制任意波形發(fā)生器改變波形，利用迭代算法獲得磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓 的期望波形，進(jìn)而計(jì)算被測(cè)樣品磁致伸縮回線(xiàn)； 所述任意波形發(fā)生器，其用于在計(jì)算機(jī)控制下產(chǎn)生任意波形并發(fā)送給功率放大器，還 為多通道數(shù)據(jù)采集器提供同步采樣信號(hào)； 所述功率放大器，其用于對(duì)任意波形發(fā)生器發(fā)送的波形進(jìn)行放大處理，進(jìn)而發(fā)送給勵(lì) 磁裝置； 所述勵(lì)磁裝置，其用于固定被測(cè)樣品，使被測(cè)樣品工作在閉磁路條件下，為被測(cè)樣品勵(lì) 磁，同時(shí)在磁化方向上施加應(yīng)力； 所述激光測(cè)振儀，其用于測(cè)量勵(lì)磁裝置的磁致伸縮振動(dòng)速度，并將測(cè)量的振動(dòng)速度傳 送至多通道數(shù)據(jù)采集器； 所述多通道數(shù)據(jù)采集器，其用于接收激光測(cè)振儀發(fā)送的振動(dòng)速度，還用于采集勵(lì)磁裝 置的電壓電流數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述勵(lì)磁裝置 包括水平"回"形磁軛、測(cè)量線(xiàn)框、加壓裝置和壓力導(dǎo)向裝置； 所述水平"回"形磁軛中部橫向固定測(cè)量線(xiàn)框，所述壓力導(dǎo)向裝置為中空矩形結(jié)構(gòu)，被 測(cè)樣品固定在壓力導(dǎo)向裝置內(nèi)，所述壓力導(dǎo)向裝置水平穿過(guò)測(cè)量線(xiàn)框，兩端搭在水平"回" 形磁軛上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述水平"回" 形磁軛采用硅鋼疊片組成"回"字形狀，其外圈正方形邊長(zhǎng)為500mm，內(nèi)圈正方形邊長(zhǎng)為 300mm，疊片厚度為25mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)量線(xiàn)框 包括骨架、初級(jí)繞組、次級(jí)繞組、第一 Η線(xiàn)圈和第二Η線(xiàn)圈；所述骨架為矩形中空板狀結(jié)構(gòu)， 其內(nèi)部形成矩形空腔，在骨架上下兩側(cè)分別安裝第一 Η線(xiàn)圈和第二Η線(xiàn)圈，以骨架、第一 Η 線(xiàn)圈和第二Η線(xiàn)圈為軸繞制次級(jí)繞組，進(jìn)而在次級(jí)繞組的外側(cè)繞制初級(jí)繞組。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述骨架內(nèi)部 空腔高度為5mm，寬度為106mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力導(dǎo)向 裝置包括上固定板和下固定板，被測(cè)樣品放置在下固定板上，上固定板與被測(cè)樣品保持一 定間隙，所述上固定板上設(shè)有反光鏡安裝孔和夾具安裝孔，所述反光鏡安裝孔用于安裝激 光測(cè)振儀使用的反光鏡，所述夾具安裝孔安裝夾具，用于夾緊被測(cè)樣品的一端，被測(cè)樣品的 另一端連接加壓裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述下固定板 為光滑平板，所述上固定板與被測(cè)樣品間的間隙為〇· 1mm，所述上固定板厚為3mm，下固定 板厚為〇. 1至1_。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述多通道數(shù) 據(jù)采集器采集的電壓電流數(shù)據(jù)包括初級(jí)勵(lì)磁電流、Η線(xiàn)圈感應(yīng)電壓和次級(jí)感應(yīng)電壓，所述多 通道數(shù)據(jù)采集器內(nèi)部包含模擬減法器，利用模擬減法器使得次級(jí)感應(yīng)電壓減去Η線(xiàn)圈感應(yīng) 電壓，從而得到磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓。
9. 一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1，計(jì)算機(jī)控制任意波形發(fā)生器產(chǎn)生期望波形； 步驟2,期望波形經(jīng)過(guò)功率放大器放大后，對(duì)勵(lì)磁裝置中的被測(cè)樣品勵(lì)磁； 步驟3,激光測(cè)振儀測(cè)量勵(lì)磁裝置的磁致伸縮振動(dòng)速度，并將測(cè)量的振動(dòng)速度傳送至多 通道數(shù)據(jù)采集器； 步驟4,多通道數(shù)據(jù)采集器接收激光測(cè)振儀發(fā)送的磁致伸縮振動(dòng)速度，同時(shí)采集勵(lì)磁裝 置中的初級(jí)勵(lì)磁電流、Η線(xiàn)圈感應(yīng)電壓和次級(jí)感應(yīng)電壓，利用其內(nèi)部的模擬減法器使得次級(jí) 感應(yīng)電壓減去Η線(xiàn)圈感應(yīng)電壓，得到磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓，進(jìn)而發(fā)送給計(jì)算機(jī)； 步驟5,計(jì)算機(jī)對(duì)磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓進(jìn)行數(shù)字諧波分析，控制任意波形發(fā)生器改變波 形，利用迭代法使得磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓波形為期望波形； 步驟6,在磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓波形為期望波形條件下，利用此時(shí)獲得的磁致伸縮振動(dòng) 速度、初級(jí)勵(lì)磁電流和磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓計(jì)算被測(cè)樣品的磁致伸縮回線(xiàn)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述一種電工鋼片磁致伸縮測(cè)量方法，其特征在于，步驟6中計(jì)算 被測(cè)樣品的磁致伸縮回線(xiàn)的具體實(shí)現(xiàn)為：將一個(gè)周期內(nèi)磁致伸縮振動(dòng)速度和磁極化強(qiáng)度感 應(yīng)電壓數(shù)值積分，從而得到磁致伸縮位移波形和磁極化強(qiáng)度波形；從波形中得到磁致伸縮 隨磁極化強(qiáng)度變化的回線(xiàn)；計(jì)算一周期內(nèi)磁極化強(qiáng)度感應(yīng)電壓和初級(jí)勵(lì)磁電流的乘積，從 而計(jì)算出被測(cè)樣品損耗。
【文檔編號(hào)】G01R33/18GK104122516SQ201410354315
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】張志高, 賀建, 侯瑞芬, 范雯, 林安利 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院