专利名称：带模拟补偿的永磁测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于永磁材料滞回线测量仪器。
在已有技术中，永磁测量仪采用积分器对样品测量线圈所感应的电压信号进行积分，经衰减变为磁通密度信号B；采用同样的方法或者霍尔效应法，从磁场探头得到磁场强度信号H；将B和H信号同时送入记录装置，便绘出B——H曲线图。
在下列两种情况下，必须对感应积分所得到的B信号进行相应的补偿修正1、当需要行到J——H曲线时，应该从B信号中减去H信号(因为J＝B－H。J为磁极化强度)；2、当所测量的是异型截面样品，或者测量线圈的有效截面与样品实际截面之间有不可忽略的差别时，或者二者兼而有之时，需减去空气磁通带来的误差部分。已有的技术对此采用了两种解决办法(1)、人工逐点计算补偿；(2)、采用双线圈或多线圈法从感应信号端进行补偿。但是第一种逐点计算补偿的方法工作量很大，效率低，精度差；第二种制作补偿线圈的方法要求几个线圈的N.S值(线圈常数)高度一致，同时，对不同的样品必须制作不同尺寸的补偿线圈，这就使制作线圈的工艺要求很高，规格很多，工作量很大。而且这种补偿线圈法只能测得J——H曲线，不能同时获得B——H曲线。
本实用新型就是为了克服已有永磁测量仪的上述弱点，用尽可能简单的方法测量永磁材料的磁滞回线，直接绘制任意截面样品的B——H曲线和J——H曲线，省去制作补偿线补偿线圈和逐点计算补偿的工作量，提高测量效率，提高测量精度。
本实用新型的技术解决办法如下1、在永磁测量仪中设置主补偿器和辅助补偿器，对空气磁通带来的误差进行模拟补偿，以得到无失真的磁通密度信号B和磁极化强度信号J。
2、设置J——B转换电路，用以控制辅助补偿器的放大量，使其可输出H′＝S′H／S或H′＝(S′－S)H／S的信号到主补偿器与B′信号进行减法运算，从而得到J信号或B信号，以方便地实现J——H曲线和B——H曲线的转换。(S为样品截面，S′为测量线圈有效截面)3、附带设置单位制转换电路，根据MKSA制与CGS制的变换系数控制H前置放大器和辅助补偿器的放大量，以便绘制出不同形状的B——H曲线或J——H曲线。
带模拟补偿的永磁测量仪由输入电路(1)、积分器(2)、B′(有待补偿的磁通密度信号)前置放大器(3)、主补偿器(4)、显示器(5)、稳流器(6)、霍尔探头电路(7)、H(磁场强度信号)前置放大器(8)、单位制转换电路(9)、辅助补偿器(10)、显示器(11)、记录装置(12)、J——B(磁极化强度信号——磁通密度信号)转换电路(13)、B(磁通密度信号)速反馈电路(14)、磁化场幅度预置电路(15)、磁化电源(16)、电磁铁(17)、乘法电路(18)组成。其B′前置放大器(3)分别与分积器(2)、主补偿器(4)、B速反馈电路(14)相连接；H前置放大器(8)分别与霍尔探头电路(7)、单位制转换电路(9)、辅助补偿器(10)、显示器(11)、记录装置(12)、乘法电路(18)相连接；主补偿器(4)分别与B′前置放大器(3)、显示器(5)、辅助补偿器(10)、记录装置(12)和乘法电路(18)连接；单位制转换电路(9)与H前置放大器(8)辅助补偿器(10)连接；辅助补偿器(10)分别与主补偿器(4)、单位制转换电路(9)、H前置放大器(8)、J——B转换电路(13)、显示器(11)、记录装置(12)、乘法电路(18)相连接；J——B转换电路(13)与辅助补偿器(10)相连接。B′前置放大器(3)、主补偿器(4)和辅助补偿器(10)均是集成运算放大器与精密电阻或精密电阻箱构成的模拟放大器；单位制转换电路(9)和J——B转换电路(13)均由开关和精密电阻构成；H前置放大器(8)是由集成运算放大器与可变电阻构成的模拟放大器。来自样品测量线圈的感应电压信号e经输入电路(1)进行相位选择变换后送入积分器(2)，积分器(2)对该信号进行积分运算后得到磁通信号φ。φ信号分两路送出；一路经B速反馈电路(14)送磁化电源(16)准备控制磁化电源的扫描速度，从而使B、J信号的变化速度均匀、平缓(当φ信号急剧变化时，B速反馈电路能自动降低磁化电源的扫描速度)；另一路送到B′前置放大器(3)，将其变换成混杂有待补偿的磁通密度信号B′，B′信号再送到主补偿器(4)准备与H′信号进行减法运算。在仪器的H通道，由稳流器(6)提供稳恒电流的霍尔探头电路(7)将霍尔电压送到H前置放大器(8)进行预放大和量程变换，以输出磁场强度信号H，H信号分三路一路送到记录装置(12)的X端和显示器(11)，一路送到乘法电路(18)，第三路送到辅助补偿器(10)。辅助补偿器(10)根据线圈有效截面S′和样品实际截面S的比值S′／S将磁场强度信号H人为失真变形为H′，在J——B转换电路(13)的控制下，辅助补偿器(10)或者使H′＝S′H／S，并送入主补偿器(4)与B′前置放大器送来的B′信号进行减法运算以得到无失真的磁极化强度信号J；或者使H′＝(S′－S)H／S，并送入主补偿器(4)与B′信号进行减法运算以得到无失真的磁通密度信号B。主补偿器输出的B或J信号除送显示器(5)和乘法电路(18)外，还与H前置放大器(8)输出H信号一起送到记录装置(12)以便绘制出B——H曲线或J——H曲线，单位制转换电路(9)根据MKSA(米、公斤、秒安)制和CGS(厘米、克、秒)制的变换系数控制H前置放大器(8)和辅助补偿器(10)的放大量，以便绘制出形状不一样的两种单位制下的B——H曲线或J——H曲线。来自主补偿器(4)的B信号和来自H前置放大器(8)的H信号在乘法电路(18)中进行乘法运算后向记录装置(12)输出B×H信号，以便绘制出(B.H)－H曲线。
由于在仪器中采用了电子模拟补偿，可以预先制作好较为宽松的各种尺寸的固定测量线圈(其N.S值实测确定。因而精度高、工艺简单)以取代每次测量时紧贴样品表面临时绕制的线圈，从而可以大大提高测量效率和测量精度。
带模拟补偿的永磁测量仪与已有永磁测量仪相比，由于从电路上对测量信号进行模拟补偿，不需逐点计算误差和补偿值，无需补偿线圈，不仅简化了制作测量线圈的工艺，提高了测量效率，而且提高了测量精度。由于设置了J——B转换电路和单位制转换电路，可以根据不同需要，方便地绘制任意截面样品在两种单位制下的J——H曲线和B——H曲线。本机线路简单，故障率低，操作方便。
图一是带模拟补偿的永磁测量仪的方框图(兼摘要附图
)。
图二是输入电路(1)、积分器(2)、B′前置放大器(3)、主补偿器(4)、H前置放大器(8)、单位制转换电路(9)、J——B转换电路(13)、辅助补偿器(10)、乘法电路(18)、显示器(5)、(11)、记录装置(12)的电路图。
图三是稳流器(6)、霍尔探头电路(7)、B速反馈电路(14)、磁化场幅度预置电路(15)的电路图。
图四是磁化电源(16)、电磁铁(17)的电路图。
本实用新型的具体实施例如下，参看图二它是输入电路(1)、积分器(2)、B′前置放大器(3)、主补偿器(4)、显示器(5)、H前置放大器(8)、单位制转换电路(9)、辅助补偿器(10)、显示器(11)、记录装置(12)、J——B转换电路(13)、乘法电路(18)等部份的电路图。来自测量线圈N.S的感应电压信号e以过双刀开关K1构成的输入电路送入积分器(2)。K4的作用是改变输入信号的相位，以保证后边产生的B′信号有正确的相位以便实现减法运算。积分器(2)是由IC1(5G7650)、KB1、R1～R4(高精密电阻)、C1(高精密电容)等元件组成，它除了把感应电压信号e变成磁通信号φ外，还可以通过KB1及R1～R4获得4档不同的量程。R6～R9及W1构成调零电路，K2为回零电路。IC1的输出信号除送往B′前置放大器(3)外，还通过A点送往图三A点处的B速反馈电路(14)输入端。B′前置放大器(3)是由IC2(5G7650M)、十进制四位高精度电阻箱DZX1及KB2、R10～R12(高精度电阻)组成，其作用是对磁通信号时行1／NS衰减以得到B′信号，并进行量程变换，主补偿器(4)是由IC3(5G7650M)、R15～R18组成、其作用是对由R17送入的B′信号和R18送入的H′信号进行减法运算，以便得到B信号或J信号，H前置放大器(8)是由IC4(5G7650M)、R20～R22、R26(高精度电阻)构成的同相放大器，目的是把霍尔探头电路(7)通过R28送来的VH信号(由图三C点送来)变成H信号，并获得三档量程。辅助补偿器(10)是由IC5(5G7650M)、十进制四位高精度电阻箱DZX2、R29(高精度电阻)组成的反相放大器，其作用是把送入的H信号人为失真为H′信号。J——B转换电路(13)是由开关K3－1、R32(与R29严格相等的高精度电阻)组成，当K3－1开关置于B档时，H′＝－DZX2H／R29＝－(S′－S)H／S；当K3－1开关置于J档时，H′＝－(DZX2＋R32)H／R29＝－(S′H／S)，单位制转换电路(9)由开关KB3－2、KB4－1及高精度电阻R23～R25、R30、R33组成。当KB4置于2档时，按CGS制绘图；当KB4置于1档时，KB4－1将R23～R25并入反馈电阻R26，使得H前置放大器(8)的放大率按作图所需要的比例缩小，以便获得整数的MKSA制下的H值。由于进行减法运算时，H′和B′应该保持11的比例(因B在两种单位制下是104的整数比关系)所以又必须在辅助补偿器(10)中使H′值按同一比例放大复原(KB4－2将R30并入R29，辅助补偿器(10)的放大率按同一比例增大)。KB4－3和R23是保证在K3－1置于J档时，有R29／／R30＝R32／／R33。主补偿器(4)输出的J、B信号一方面送入由SM－2D数字电压表构成的显示器(5)和LZ3－200函数记录装置(12)，另一方面送入乘法电路(18)。同样，H前置放大器(8)的信号除了送入由SM－2D数字电压表构成的显示器(11)和记录装置(12)外，也要送入乘法电路(18)。乘法电路(18)由IC6(F007C)、IC7(F007C)、IC8(DL429)等组成。IC6的作用是把经由R34送来的H信号放大到IC8所要求的电平；IC7的作用是对经由R13送来的B信号进行放大。IC6、IC7的输出信号则送入IC8进行乘法运算并经K3－2送到记录装置(12)以便绘出H－(BH)曲线。K4、K5是为IC8进行校准而设置的。(图二的A、C两点分别与图三的A、C两点相连)。参看图三。稳流器(6)、霍尔探头电路(7)、B速反馈电路(14)、磁化场幅度预置电路(15)等部份的电路图如图三。其中整流器D1－D4、三端稳压器IC1型号为7812、BG1、BG2、BG3(型号均为3DG6B)，稳压管D4(型号为2DW7C)、W1、R5等元件构成稳流器(6)，其作用是给霍尔元件提供稳恒工作电流。由霍尔元件H、W2、W3、R6、R7构成霍尔探头电路。其输出一路通过R8送到磁化场幅度预置电路(15)，另一路由图三的C点送到图二的C点(即H前置放大器(8) 输入端)。由IC2(型号为F007C)、BG4、BG5(型号均为3DG6B)、光电耦合器BG6、BG7(型号均为4N25)等元件构成B速反馈电路(A点输入)当φ(即B、J)发生突变时，经B速反馈电路微分、放大、传送、图三D、E两点之间的等放电阻将急剧增加，由于D、E两点是串接到图四中D、E两点间(即磁化电源触发信号发生器)的，磁化电源(16)的电流扫描速度将相应减小。由IC3(型号F007C)、BG8(型号3DG12)、继电器J(型号JRX－30)、W9构成磁化场幅度预置电路(15)。当R8送来的VH大于W9预置的电位时，继电器J吸合，其常闭触点断开，切断D、E点通路，磁化电源(16)的磁化电流将不再增加。图四是磁化电源(16)、电磁铁(17)的电路图。图中DT是电磁铁线包。SRA－1、SRA－2、D27、D28、D22构成可控硅半控桥式整流器，配合接触器J1、J2构成磁化电源(16)主电路，其余元件组成控制电路。由D、E两点引入图三D、E两点送来的B速反馈控制信号和磁化场预置电路送来的控制信号，以改变可控硅触发电路的状况。
权利要求1.带模拟补偿的永磁测量仪，它是由输入电路(1)、积分器(2)、B′(有待补偿的磁通密度信号)前置放大器(3)、主补偿器(4)、显示器(5)、稳流器(6)、霍尔探头电路(7)、H(磁场强度信号)前置放大器(8)、单位制转换电路(9)、辅助补偿器(10)、显示器(11)、记录装置(12)、J-B(磁极化强度信号-磁通密度信号)转换电路(13)、B(磁通密度信号)速反馈电路(14)、磁化场幅度预置电路(15)、磁化电源(16)、电磁铁(17)、乘法电路(18)组成，其特征在于a.B′前置放大器(3)分别与积分器(2)、主补偿器(4)、B速反馈电路(14)相连接，b、H前置放大器(8)分别与霍尔探头电路(7)、单位制转换电路(9)、辅助补偿器(10)、显示器(11)、记录装置(12)、乘法电路(18)相连接，c、主补偿器(4)分别与B′前置放大器(3)、显示器(5)、辅助补偿器(10)、记录装置(12)、乘法电路(18)相连接，d、单位制转换电路(9)分别与H前置放大器(8)、辅助补偿器(10)相连接，e、辅助补偿器(10)分别与主补偿器(4)、单位制转换电路(9)、H前置放大器(8)、J-B转换电路(13)、显示器(11)、记录装置(12)、乘法电路(18)相连接，f、J-B转换电路(16)与辅助补偿器(10)相连接。
2.根据权利要求1所述的B′前置放大器(3)其特征是由集成运算放大器与精密电阻箱组成的模拟放大器。
3.根据权利要求1所述的主补偿器(4)其特征是由集成运算放大器和精密电阻构成的模拟放大器。
4.根据权利要求1所述的辅助补偿器(10)其特征是由集成运算放大器与精密电阻箱构成的模拟放大器。
5.根据权利要求1所述的H前置放大器(8)其特征是由集成运算放大器与可变电阻构成的模拟放大器。
6.根据权利要求1所述的单位制转换电路(9)其特征是由开关和精密电阻构成。
7.根据权利要求1所述的J——B转换电路(13)其特征是由开关和精密电阻构成。
专利摘要带模拟补偿的永磁测量仪属于永磁材料磁滞回线测量仪器。由于在仪器中设置辅助补偿器、主补偿器、J-B转换器和单位制转换电路，对测量信号进行电子模拟补偿，无需专门的补偿线圈和人工逐点计算误差，可以方便地绘制出任意截面样品在MKSA制和CGS制下的J-H曲线和B-H曲线。测量时直接使用固定式测量线圈，提高了测量效率和测量精度。本仪器线路简单，故障率低，使用方便。
文档编号G01R33/12GK2047030SQ8820163
公开日1989年11月1日 申请日期1988年3月12日 优先权日1988年3月12日
发明者盛祖凯 申请人:电子工业部第九研究所