一种用数字存储示波器观测交流磁滞回线的实验方法

摘要

一种用数字存储示波器观测交流磁滞回线的实验方法，属电磁检测技术领域，目的是减少测交流磁滞回线失真，提高测动态磁参数的精度；本发明先设计交流三角波恒流源电路，将励磁线圈作为该电路的负载，使磁化场强度H的波形为三角波；该电路的负反馈取样电阻R₁也是励磁电流的取样电阻，其端电压V_H送示波器X输入端；检测线圈输出电压e₂经电子积分器积分得到V_B，送示波器Y输入端；示波器用XY扫描显示交流磁滞回线；测量时可使H变化的速率不变，创造了在H均匀变化的条件下观测B的变化规律，使测得的磁滞回线能更好地反映样品内B与H的数值之间的函数关系；将e₂取代V_B送示波器Y输入端，可直接显示微分磁导率μ_d～H曲线。

主权项

一种用数字存储示波器观测交流磁滞回线的实验方法，其特征是：（1）设计一个交流三角波电流恒流源电路，该电路包括电子积分器、双向幅值检测与控制电路、D触发器、模拟开关和电压/电流转换与恒流控制电路；其中，模拟开关包括模拟开关A和模拟开关B；模拟开关A的输入端接电源‑V，其输出端接电子积分器的输入端，其控制端接D触发器的Q端；模拟开关B的输入端接电源+V，其输出端也接电子积分器的输入端，其控制端接D触发器的“Q非”端；电子积分器是以LF356集成运算放大器为主构成的典型的反向积分电路，其输出端接分压器的输入端和双向幅值检测与控制电路的输入端；双向幅值检测与控制电路包括负峰值检测与控制比较器和正峰值检测与控制比较器；负峰值检测与控制比较器的（+）端接参考电源－V_ref，其（－）端接电子积分器的输出端，其输出端接D触发器的“S非”端；正峰值检测与控制比较器的（+）端接也接电子积分器的输出端，其（－）端接参考电源+V_ref，其输出端接D触发器的“R非”端；分压器电路由12个相同阻值的电阻串联组成，由12位的波段开关控制选择其输出电压，其输出端接电压/电流转换与恒流控制电路的输入端；电压/电流转换与恒流控制电路包括TDA2040集成功放元件，电路结构与同向放大器基本相同，但其负反馈输入端不接功放的输出端，而是与负反馈取样电阻R₁的一端连接，R₁的另一端接地；励磁线圈作为该电路的负载，其一端接功放的输出端，其另一端接该电路的负反馈输入端；所述的电源、参考电源－V_ref、参考电源+V_ref，分别根据所需电压选用集成的标准电源元件； （2）在软磁材料环形磁芯样品上绕有一副励磁线圈和一副检测线圈；将励磁线圈作为交流三角波电流恒流源电路的负载接到该电路的输出端，使通过励磁线圈的励磁电流i₁的波形为稳定的三角波；当该样品被交流磁化到其B值的动态范围接近饱和区时，虽然励磁线圈的感抗在不断地急剧变化，但励磁电流i₁的波形仍然为稳定的三角波，其幅值和波形保持不变，从而使该样品内的励磁磁场强度H=N₁i₁/l的波形也为稳定的三角波，其幅值和波形也保持不变；其中，N₁为励磁线圈的匝数，l为该样品的等效周长；可将这种励磁方式称为“H三角波”条件的励磁方式；（3）交流三角波电流恒流源电路的负反馈取样电阻R₁，也是励磁电流i₁的取样电阻；从R₁两端提取的电压V_H= i₁ R₁，直接送到数字存储示波器的X输入端直流耦合输入；（4）检测线圈输出的感应电动势e₂ ，经过电子积分器积分得到反映该样品中磁感应强度B的信号V_B；该电子积分器会产生180°的附加相移，须使上述信号V_B再通过一个反向放大器以抵消该“电子积分器”产生的附加相移，然后直接送到数字存储示波器的Y输入端直流耦合输入；（5）数字存储示波器采用XY扫描方式；调节示波器两个通道的放大倍率，使在屏幕上显示有利于测量的交流磁滞回线，在保持波形完整的条件下使波形尽可能的大，以充分发挥数字存储示波器的测量精度；将回线的中心调到屏幕中心，则过屏幕中心的横线就是H坐标轴；过屏幕中心的竖线就是B坐标轴；（6）在“H三角波”条件下测得的交流磁滞回线，回线的两端都是尖的；回线尖端点的V_H和V_B的数值，分别就是该回线上V_H和V_B的峰值V_Hm和V_Bm；利用数字存储示波器的测量光标和数显功能，根据回线具有的对称性，测出V_Hm和V_Bm的数值；（7）根据安培环路定理可得H_m=N₁i_1m/l；根据欧姆定理可得V_Hm=i_1mR₁，于是H_m=（V_Hm N₁/lR₁）=k_HV_Hm；其中，k_H= N₁/lR₁；H_m是该磁滞回线上磁场强度H的最大值；已知N₁、R₁、l；且已测出V_Hm，则可求出H_m；已知k_H，利用数字存储示波器的测量光标和数显功能，根据饱和磁滞回线，测出该回线与H坐标轴的交点的坐标，求出样品的动态矫顽力H_C； （8）根据法拉第电磁感应定律可得：│e₂│=│dψ/dt│=│N₂SdB/dt│，将e₂通过电子积分器积分，得B_m=（R₂C/N₂S）V_Bm=k_BV_Bm，其中，N₂为副线圈的匝数，S为磁环的横截面积，R₂C为电子积分器的积分常数，V_Bm为电子积分器的输出电压，可从磁滞回线上测出，求出B_m；已知k_B=（R₂C/N₂S），利用数字存储示波器的测量光标和数显功能，根据饱和磁滞回线，测出该回线与B坐标轴的交点的坐标，求出样品的动态剩余磁感应强度B_r；（9）调节控制三角波电压幅值的波段开关，使励磁电流i₁从最小依次逐档调到最大，或从最大依次逐档调到最小，使i₁依次分别取不同的数值，分别得到相应的稳定的交流磁滞回线；分别测出这些达到稳定状态的回线的尖端点的坐标（H_mi,B_mi），画出交流磁化曲线，求出相应的幅值磁导率μ_a～H曲线，其中μ_a=B_m/H_m；（10）将e₂送到数字存储示波器的Y输入端，V_H信号仍然送到数字存储示波器的X输入端，示波器仍然采用XY扫描方式，在示波器屏幕上直接显示微分磁导率μ_d～H曲线，其中μ_d=dB/dH。