本發(fā)明涉及一種測量線圈，具體指一種用于測量磁通密度b及磁場強度h的測量線圈，基于上述線圈的立方體樣件的二維磁特性測量結構，以及二維磁特性測量方法。

背景技術：

在大多的二維磁特性測量實驗中，向量b(磁通密度)和h(磁場強度)是由b測量線圈和h測量線圈測得，其中，b測量線圈是繞在樣品中的兩個小孔里，h測量線圈緊貼樣本。b測量線圈和h測量線圈都遵循電磁感應定律。然而，在考慮疊壓方向應力時，傳統的微孔方法和新型的探針方法都無法應用，由于較大的疊壓方向機械應力將毀壞b測量線圈和b探針。同理，傳統的h測量線圈以及提出的其他各種線圈也都無法應用到考慮疊壓應力的二維磁特性測量中。

已有的h測量線圈繞在b測量線圈的電路板上。但是手動繞的h測量線圈是不理想的，因為有很大的閉環(huán)面積的垂直于磁場強度垂直分量存在。

已有的硅鋼片二維磁特性測量系統，其磁通密度矢量b的測量線圈都是纏繞在硅鋼片樣品上，磁場強度矢量h的測量線圈則正交地纏繞在h線圈傳感器上，再將h線圈傳感器固定在待測樣品表面，且h線圈傳感器面積與硅鋼片樣品面積相等。然而由于退磁作用，僅在樣品表面中心處磁場強度矢量h才相對均勻且與樣品內部的磁場強度大致相等。而b線圈纏繞在樣品表面所造成的間隙又對h線圈傳感器的裝配和卸載帶來阻礙。

技術實現要素：

為了克服上述已有技術的缺點，本發(fā)明提出一種改良的b-h測量線圈以及基于此線圈的測量方法。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現的：

1)、一種磁場強度h測量線圈，該h測量線圈由四層印制電路板pcb制成，中間兩層和外側兩層pcb上刻蝕出的線圈窗口正對印制電路板pcb的側面，安裝在頂層和底層的導線構成一定匝數的測量線圈，并在中間兩層的導體組成同等數量匝數的測量線圈；針對每層電路板進行布線，使中間兩層通過過孔連接形成閉合回路，構成內層h測量線圈，且每匝閉合線圈的起始端導體與豎直導線呈一定夾角的布線方式串聯連接至相鄰閉合線圈。外側兩層通過同樣方法形成等數量匝數的外層h測量線圈，內、外層h測量線圈通過過孔串聯形成整體磁場強度h測量線圈；上述每一層內的傳感線圈導體投影重合，進而消除磁場強度法向分量導致的測量誤差。

2)、一種磁通密度b測量線圈，該b測量線圈由四層印制電路板pcb制成，每層進行螺旋線布線形成數匝閉合的串聯線圈。同時，對4層電路板板進行相同布線，使印制電路板每層上刻蝕出的閉合線圈閉合表面正對印制電路板pcb的正面。通過過孔將每層的閉合b測量線圈的起始端與上一層閉合b測量線圈的末端連接，通過此方式依次串聯連接四層的b測量線圈，形成整體磁通密度b測量線圈，其頂層的閉合b測量線圈的起始端及底層的閉合b測量線圈末端通過過孔與外接電路相連接。

3)、一種基于b-h測量線圈及待測立方硅鋼樣件的測量結構，它是由待測量的立方體硅鋼樣件、權利要求書1所述的磁場強度h測量線圈和權利要求書2所述的磁通密度b測量線圈組成；4個h測量線圈緊緊貼附在立方樣品的前后左右四個側面上，前、后側面的h測量線圈串聯連接，用以測量待測立方硅鋼樣件內沿x方向的磁場強度。左、右側面的h測量線圈串聯連接，用以測量待測立方硅鋼樣件內沿y方向的磁場強度。4個b測量線圈貼附在h測量線圈外表面，與h測量線圈相同，處于對立面的b測量線圈串聯連接，分別對待測立方硅鋼樣件內的磁通密度沿x和y方向的分量進行測量。

4)、由于立方樣件磁特性測量系統檢測磁通密度或磁場強度測量線圈兩端的感應電壓，而欲得到樣件內部磁通密度及磁場強度值，須得到測量線圈端電壓及對應磁通密度或磁場強度的關系，即需要對測量線圈進行標定。改良的h測量線圈的標定方法，其標定步驟如下：

步驟一：將磁場強度h測量線圈固定在h測量線圈固定手柄上，并將固定手柄與螺線管骨架裝配；

步驟二：接通單相調壓器一次側的電源，通過旋轉調壓器旋鈕調節(jié)二次側輸出電壓大小，從而改變校準螺線管繞組中通過電流的大小，用電流鉗及示波器顯示并記錄各組實驗的電流波形；

步驟三：螺線管中的測量線圈兩端連接放大器輸入端，放大器輸出通過數據采集卡傳輸到計算機，在計算機上使用labview軟件顯示線圈感應電壓的波形；

步驟四：重復執(zhí)行步驟一至步驟三，并記錄50組感應電壓及對應通過螺線管內電流波形，利用此數據計算測量時間范圍內感應電壓及對應通過螺線管內電流的有效值；

步驟五：由電流的有效值計算得到對應的螺線管內磁場強度的有效值。利用多組磁場強度h及其對應感應電壓的有效值eh，進行線性回歸擬合eh-h直線，從而得到的磁場強度測量線圈的對應關系h＝f(eh)，即完成磁場強度h測量線圈的標定。

5)、磁通密度b測量線圈的標定方法類似，包括以下步驟：

步驟一：將磁通密度測量線圈固定在b測量線圈固定手柄上，并將固定手柄與螺線管骨架裝配；

步驟二：接通單相調壓器一次側的電源，通過旋轉調壓器旋鈕調節(jié)二次側輸出電壓大小，從而改變校準螺線管繞組中通過電流的大小，用電流鉗及示波器顯示并記錄各組實驗的電流波形；

步驟三：螺線管中的測量線圈兩端連接放大器輸入端，放大器輸出通過數據采集卡傳輸到計算機，在計算機上使用labview軟件顯示線圈感應電壓的波形；

步驟四：重復執(zhí)行步驟一至步驟三，并記錄50組感應電壓及對應通過螺線管內電流波形，利用此數據計算測量時間范圍內感應電壓及對應通過螺線管內電流的有效值；

步驟五：由電流的有效值計算得到對應的螺線管內磁通密度的有效值。利用多組磁通密度b及其對應感應電壓的有效值eb，進行線性回歸擬合eb-b直線，從而得到的磁通密度測量線圈的對應關系b＝f(eb)，即完成磁通密度b測量線圈的標定。

本發(fā)明相較于現有技術的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明基于4層印制電路板pcb制成，中間兩層和外側兩層上刻蝕出的線圈窗口正對pcb的側面，由于每個線圈的導線投影完全重合，其面積相當于閉環(huán)垂直的磁場強度分量被抵消。因此，改良的h測量線圈只檢測樣件和氣隙之間的邊界磁場強度的切向分量。

(2)本發(fā)明的改良b-h測量線圈均基于印制電路板pcb制成，其中，h測量線圈緊緊貼附在立方樣件的前后左右四個側面，且位于立方樣品側面的中心位置。由于其pcb工藝的優(yōu)勢，b-h測量線圈均能夠做到很薄，其厚度均小于1mm，使測量結果更接近立方樣件樣品內部情況，測量更精確。

(3)本發(fā)明基于印制電路板pcb制作b-h測量線圈，能有效保證線圈導體和外部立方樣件及其他電路部分絕緣，且不易被擠壓變形甚至毀壞，測量線圈結構可靠性高。

(4)本發(fā)明在用于測量磁通密度b和磁場強度h時，可直接用穿過b測量線圈和h測量線圈的磁場代表樣件中的磁通密度和磁場強度，且測量精度經分析驗證，測量更加方便。

(5)對b-h測量線圈進行了標定，因此在實際測量中，b測量線圈和h測量線圈的測量功能都實現較好，能夠有效測量立方樣件內的磁通密度和磁場強度。

附圖說明

圖1為改良的h測量線圈的三維立體視圖；

圖2為改良的h測量線圈的正視圖；

圖3為改良的h測量線圈的左視圖；

圖4為改良的h測量線圈的俯視圖；

圖5為b測量線圈示意圖；

圖6為立方體與b-h測量線圈裝配示意圖；

圖7為立方體與b-h測量線圈標定裝置。

附圖標記說明：

1、絕緣層2、過孔3、導體4、外接線焊盤5、頂層導體6、第1中間層導體7、第2中間層導體8、底層導體9、絕緣層10、b測量線圈導體11、過孔12、待測硅鋼立方樣品13、磁場強度h測量線圈14、磁通密度b測量線圈15、支撐腳16、勵磁線圈螺線管骨架17、磁通密度b測量線圈固定手柄18、磁場強度h測量線圈固定手柄。

具體實施方式

參見圖1-圖7，圖1-圖4為本發(fā)明提出的基于pcb印制板的改良的磁場強度h測量線圈，圖1為該h測量線圈結構的三維視圖，圖2為正視圖，圖3為左視圖，圖4為俯視圖。pcb的絕緣層1用以實現pcb內導體與待測立方樣品接觸面絕緣，以及保護內部導體的作用。頂層導體5通過過孔2與底層導體8串聯連接，形成閉合回路，構成外層h線圈結構。第1中間層導體6同樣通過過孔2與第2中間層導體7串聯連接，形成閉合回路，構成內層h線圈結構。外層h線圈與內層h線圈每匝均通過圖2所示的走線方式串聯連接，分別為25匝，且串聯連接，構成h測量線圈。當有磁場通過h測量線圈時，線圈兩端產生感應電壓，由圖2中的外接線焊盤4與其他h測量線圈及外部檢測系統相連接。圖5為磁通密度b測量線圈，在4層pcb板中，每層進行相同螺旋形布線10，在層與層之間通過內部過孔串聯連接，當有磁場通過b測量線圈時，線圈兩端產生感應電壓，由圖5中的外接線焊盤11與其他b測量線圈及外部檢測系統相連接。

基于pcb印制板的b-h測量線圈通過圖6的方式裝配在待測硅鋼立方體樣品四周面，其中，h測量線圈緊貼立方樣品表面，b測量線圈置于h測量線圈外層，b、h測量線圈相互絕緣。與此同時，處于對立面的h測量線圈(以及b測量線圈)串聯連接，并通過外接線焊盤連至外檢測電路。

為了準確應用b-h測量線圈，需使用圖7所示標定裝置對b-h測量線圈分別進行標定，建立h(b)測量線圈輸出電壓以及磁場強度(磁通密度)的對應關系。在標定過程中，將h(b)測量線圈固定于h測量線圈固定手柄18(b測量線圈固定手柄17)上，通過手柄使h(b)測量線圈固定于勵磁線圈螺線管中心軸線的中心位置，勵磁線圈繞制在16螺線管骨架表面。接通單相調壓器一次側的電源，通過旋轉調壓器旋鈕調節(jié)二次側輸出電壓大小，從而改變校準螺線管繞組中通過電流的大小，用電流鉗及示波器顯示并記錄各組實驗的電流波形；螺線管中的h(b)測量線圈兩端連接放大器輸入端，放大器輸出通過數據采集卡傳輸到計算機，在計算機上使用labview軟件顯示線圈感應電壓的波形。重復執(zhí)行上述步驟，并記錄50組h(b)測量線圈感應電壓及對應通過螺線管內電流波形，利用此數據計算測量時間范圍內感應電壓及對應通過螺線管內電流的有效值；由電流的有效值計算得到對應的螺線管內磁場強度(磁通密度)的有效值。

利用多組磁場強度h(磁通密度b)及其對應感應電壓的有效值eh(eb)，進行線性回歸擬合eh-h(eb-b)直線，從而得到的磁場強度測量線圈(磁通密度測量線圈)的對應關系h＝f(eh)(h＝f(eb))，即完成磁場強度(磁通密度)測量線圈的標定。

本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業(yè)技術人員公知的現有技術。本發(fā)明的上述實施例是對方案的說明而不能用于限制本發(fā)明，與本發(fā)明有保護范圍相當的含義和范圍內的任何改變，都應認為是包括在本發(fā)明保護的范圍內。