专利名称：磁滞回线的测试方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种测量铁氧体磁滞损耗的装置，属于测试仪器制造的彩色显象管的大偏转角、高分辨率发展趋势，使得偏转线圈的扫描频率越来越高。偏转频率的提高，对偏转系统带来的是发热和能量损耗的增大，偏转系统的发热是影响显示管性能的主要因素之一，因此如何减小能量损耗是偏转系统设计的重要部分。
偏转系统的能量损耗除了偏转线圈的损耗以外，磁芯的损耗也十分大。在偏转磁芯中的能量损耗主要是铁氧体的磁滞损耗，因此测量和分析铁氧体的磁滞损耗特性对分析如何降低能量损耗十分有意义。
对于磁滞损耗的分析可以通过磁滞回线的测量得到，要分析材料的磁滞损耗，就要首先测量得到材料的磁滞回线的面积，进而可以计算材料中的总的磁滞损耗。
磁滞回线的测量有许多专用的设备可以选用，如日本IWATSLI的SY-8216B-H分析仪测量。但这些专用的分析仪价格很昂贵，一般只在专业厂家和实验室才会配置，同时这些仪器的输出结果一般包括磁滞回线和测量得到的总能量损耗等，但该能量损耗不仅包含磁滞损耗，还包括测量线圈的铜耗、涡流损耗等，因此对于磁滞回线的分析，要对其输出的磁滞回线的面积进行测量，这些设备就不是十分方便了。
本发明的目的就是提供一种能方便地测量磁滞回线和面积、且成本低、结构简单的磁滞回线的测试装置。
本发明的磁滞回线测装置由信号发生器、功率放大器、电流表放大器等所组成，该装置中信号放大器的输出端一端接地，另一端接功率放大器的输入端，功率放大器的输出端接样品环上的初级线圈，初级线圈的另一端通过可调电阻(RW)接地；样品环的次级线圈的两端分别接积分器的正相输入端和反相输入端，积分器的输出端接存贮示波器的“Y”输入端，电流表放大器的输入端位于可调电阻(RW)与地之间的连线上，电流表放大器的输出端接存贮示波器的“X”输入端。
本发明的磁滞回线测量方法是将信号发生器产生的正弦波信号经功率放大器放大后驱动绕在标准样品环上的初级线圈，驱动电流的大小由电流表放大器检测后的电压信号送存贮示波器的“X”输入端；在次级线圈上的感应信号经积分器送存贮示波器的“Y”输入端，在存贮示波器的“X、Y”输入端分别对应得到所要测量的磁滞回线的磁场强度H和磁感应强度B。采用统计平均的方法，将存贮示波器上的多个周期信号取平均值得到磁滞回线并输出，由计算机计算出磁滞回线的面积。
各部分的连接方式是将所要测量的样品环上绕上N1匝的初级线圈和N2匝的次级感应线圈。信号发生器的输出端接功率放大器的输入端，将功率放大器的输出端接初级线圈的一端，初级线圈的另一端接一可变电阻用于调整通过初级线圈的电流，可变电阻的另一端和信号发生器形成初级线圈回路。电流表放大器的探头钳使通过初级线圈的电流导线通过探头以测量初级线圈回路中的电流，电流表放大器的输出端和存储示波器对应的X方向信号端连接。样品环上的次级线圈的一端和积分电路的输入端相连，其感应的电压信号经积分器积分后输出到存储示波器上对应的Y方向信号端；次级感应线圈的另一端和系统的公共地相连。存储示波器上的数据输出口或软驱可以输出X和Y方向的信号数据到数据文件。此数据文件可以在计算机中由编写的软件按一定的格式读出。
本发明的优点在于采用本发明的测量装置和测量方法能方便地测量出磁滞回线和面积，其中装置的成本低、结构简单。一般的测量技术采用提高电路性能的方法来降低系统的噪声，同时积分电路对运算放大器、电容电阻的性能指标的要求也非常高，由于要在不同工作条件下应用，系统的调整要求也非常高，同时对得到的磁滞回线的面积的计算一般采用将磁滞回线打格放大的方法，通过数磁滞回线所包括的网格的数目来计算磁滞回线的面积，由于磁滞回线是不规则的形状，因此，此项要得到磁滞回线的面积的工作量非常大。采用了改进的系统以后，在存储示波器的存储功能和数值计算的基础上，应用统计平均的方法降低了测量的噪声，使系统的可靠性得到了提高，应用软件的数值积分代替硬件积分电路，降低甚至省去了对积分电路的要求，使高性能的系统的成本大大降低，并可以应用软件方便地计算磁滞回线的面积，使对磁滞损耗的分析十分方便。


图1是本发明测试装置的总体结构示意图。其中有信号发生器1、功率放大器2、电流表放大器3、样品环4、积分器5、存贮示波器6、样品环初级线圈N1、次级线圈N2。
图2是本发明测试装置的一种具体测试电路结构示意图。
本发明的实施方案如下图2是已经实施的测试装置的电原理图。其中电流表放大器为泰克(Tektronix)公司的AM503B电流表放大器，存储示波器为泰克(Tektronix)的TDS 3014产品，所用功率放大器为音响功放。应用OP27运算放大器、电阻、电容和电源组成的预放大器和积分器共同组成积分电路，预放大器可以调整积分器的输入信号大小，使积分器工作在正常的工作范围。功率放大器和积分电路可以根据测量频率的需要而改变。
该装置中各部分的作用和结构如下信号发生器1用于产生各种频率正弦波信号，如Topward 8112信号发生器。
功率放大器2将信号发生器的产生的信号放大，用于驱动初级线圈，使在需要测量的样品环中达到一定的磁场强度，如NF ELEC-TRONIC INSTRUMENT公司的高速功率放大器(HIGH SPEEDPOWER AMPLIFER)可以应用于高频和大电流驱动情况，普通的音响功率放大器可以应用于50Hz-20KHz的频率范围。
积分器5积分在次级线圈中的感应电压信号，根据此积分电压和磁通密度的物理关系可以得到样品环中相应的磁通密度，如用OP27运算放大器、电阻、电容和电源组成的积分器。
电流表放大器3用于检测初级线圈激励电流，根据激励电流和磁场强度的物理关系得到样品环中的磁场强度，并将电流信号转为电压信号在示波器上显示，如Tektronix的AM503B电流表放大器。
存储示波器6用于显示存储电压、电流信号波形，磁滞回线等，要求至少有双路X-Y图形显示功能、信号存储功能和输出功能，最好有采集信号取平均值功能等，如Tektronix的TDS 3014示波器。
标准样品环4铁氧体材料制成的内径为D1，外径为D2，厚度为L的柱状环，将电流表输出的信号和积分器输出的信号分别加在存储示波器的X和Y的输入端，就可以在示波器上得到B-H的关系，即可得到磁滞回线。
在本发明的装置中对前面所得到的磁滞回线的处理和应用软件进行数值积分代替积分器。
1)应用统计平均的方法，将前面得到的磁滞回线进行处理，降低噪声的影响，得到更细的磁滞回线。这里可以采用的方法有如果用于显示磁滞回线的示波器有采样平均功能，则可以直接应用此项功能将多个周期的信号取平均值来降低噪声，应用求平均的信号周期数是2个以上，根据示波器的不同可以达到256个甚至更高，周期数太多将使响应速度变慢，一般采用32个较好。如果示波器没有此项功能，可以应用存储示波器的存储功能将数据保存，由计算机处理。
2)应用软件计算磁滞回线的面积。存储示波器可以保存X和Y的电流和电压值到文件，编写软件从存储的文件中读出X和Y的数值，由于存储示波器一般可以存储1万个点以上的数据，因此从存储的数据中取出一个周期的信号，应用数值计算的方法直接计算磁滞回线的面积。同时可以应用软件将磁滞回线再计算机中画出。如果所采用的存储示波器没有求平均值的功能，可以先将存储的信号取多个周期求平均减低噪声以后，再计算一个周期的磁滞回线的面积。
3)应用软件数值积分代替硬件积分器。硬件积分器对使用的范围有一定的要求，因此要求针对不同的使用频率和工作范围要调整积分器的电路，同时在高频使用时对积分器的频率响应也提出了十分高的要求，这无疑增加了电路设计的难度和成本，应用软件数值积分代替硬件积分器，将次级线圈中的感应电压信号直接保存到文件，应用软件读出、处理，采用数值积分的方法可以方便地解决这个问题。
权利要求
1．一种磁滞回线的测量装置，由信号发生器、功率放大器、电流表放大器等所组成，其特征在于该装置中信号放大器(1)的输出端一端接地，另一端接功率放大器(2)的输入端，功率放大器(2)的输出端接样品环(4)上的初级线圈(N1)，初级线圈(N1)的另一端通过可调电阻(RW)接地；样品环(4)的次级线圈(N2)的两端分别接积分器(5)的正相输入端和反相输入端，积分器(5)的输出端接存贮示波器(6)的“Y”输入端，电流表放大器(3)的输入端位于可调电阻(RW)与地之间的连线上，电流表放大器(3)的输出端接存贮示波器(6)的“X”输入端。
2．一种满足权利要求1的磁滞回线的测量方法，其特征在于该方法是将信号发生器(1)产生的正弦波信号经功率放大器放大后驱动绕在标准样品环上的初级线圈，驱动电流的大小由电流表放大器检测后的电压信号送存贮示波器(6)的“X”输入端；在次级线圈上的感应信号经积分器(5)送存贮示波器(6)的“Y”输入端，在存贮示波器的“X、Y”输入端分别对应得到所要测量的磁滞回线的磁场强度H和磁感应强度B。
3．根据权利要求2所述的磁滞回线的测量方法，其特征在于采用统计平均的方法，将存贮示波器(6)上的多个周期信号取平均值得到磁滞回线并输出，由计算机计算出磁滞回线的面积。
全文摘要
磁滞回线的测量方法及装置是一种测量铁氧体磁滞损耗的装置,该装置中信号放大器的输出端一端接地,另一端接功率放大器的输入端,功率放大器的输出端接样品环上的初级线圈,初级线圈的另一端通过可调电阻(RW)接地;样品环的次级线圈的两端分别接积分器的正相输入端和反相输入端,积分器的输出端接存贮示波器的“Y”输入端,电流表放大器的输入端位于可调电阻(RW)与地之间的连线上,电流表放大器的输出端接存贮示波器的“X”输入端。
文档编号G01R33/12GK1283797SQ00112549
公开日2001年2月14日 申请日期2000年9月18日 优先权日2000年9月18日
发明者张晓兵, 尹涵春 申请人:东南大学