动态磁场多因素复合环境模拟装置及方法

1.本发明涉及磁性材料测试技术领域，特别是涉及一种动态磁场多因素复合环境模拟装置及方法。


背景技术：

2.对磁性材料产生退磁影响的外磁场主要分为两种，一种是恒稳磁场，另一种是交变磁场，交变磁场产生的退磁影响与恒稳磁场有一定区别。在没有其他因素的影响及一定的实验频率下，当永磁性材料受到的起始最低工作点高于拐点的交变磁场影响时，永磁材料的磁感强度不会发生不可逆损失。但当起始最低工作点位于拐点以下时，永磁体试样产生了明显的退磁，并且频率越高，永磁体退磁速度越快，最终达到稳定时的表面磁场强度也越低。
3.因为交变磁场对永磁体产生的影响中，除了磁畴磁矩转动的因素之外，还叠加了热退磁的影响。从楞次定律角度上分析，具有金属基良导体属性的钕铁硼磁体当处于交变场时，其内部将出现感应电流，即涡流，同时涡流电子将发生“趋肤”现象，高密度的涡流电子在磁体表面薄层上高速运动，将电能转变成热能而增加了永磁体局部热量。同时在交流外场的作用下，磁滞效应造成的能量损耗也会被永磁体吸收，从而增强颗粒的热激活能。
4.因此，现有技术的缺陷是，缺少一种动态磁场多因素复合环境模拟装置，用于模拟环境磁场对磁性材料或磁性零件产生的退磁影响；从而判断磁性材料或磁性零件对环境磁场的抗干扰能力。


技术实现要素：

5.有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明的目的是提供一种动态磁场多因素复合环境模拟装置，用于模拟环境磁场对磁性材料或磁性零件产生的退磁影响。
6.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种动态磁场多因素复合环境模拟装置，包括c型的铁芯(1)，铁芯(1)的上极头(11)套有第一线圈(2)，铁芯(1)的下极头(12)套有第二线圈(3)，第一线圈(2)串接第二线圈(3)后与功率放大器(5)的输出端连接；所述铁芯(1)的上极头(11)和下极头(12)之间设置有试验舱(4)。
7.作为优化：所述试验舱(4)的壳体(41)由绝缘材料制成，在壳体(41)的一侧设置有可以打开的密封门(42)；所述壳体(41)的底部设置有电加热板(43)，电加热板(43)的电源端连接有直流稳压电源(431)；所述试验舱(4)还设置有制冷系统(44)，该制冷系统(44)输出口与所述试验舱(4)内腔连通；所述壳体(41)内还设有温度传感器(45)。采用电加热板(43)控制稳定便捷，升温速度快。
8.作为优化：所述制冷系统(44)的输出口还与所述第一线圈(2)串接第二线圈(3)靠近，为第一线圈(2)串接第二线圈(3)降温，或者所述制冷系统(44)的输出口与铁芯(1)连通，进行降温。
9.作为优化：所述试验舱(4)设置有抽真空系统(46)，抽真空系统(46)经抽气管
(461)连接试验舱(4)。
10.作为优化：所述试验舱(4)设置有湿度调节系统(47)，湿度调节系统(47)经加湿管(471)连接试验舱(4)。
11.作为优化：还设置有电控系统，该电控系统设置有微处理器，该微处理器的线圈控制端与功率放大器的控制端连接，该功率放大器的输出端分别与所述第一线圈(2)串接第二线圈(3)电性连接；
12.所述微处理器的加热控制端与第一开关模块的控制端连接，该第一开关模块的输出端与第一继电器的线圈端电性连接，该第一继电器的开关端与直流稳压电源的控制端连接，该直流稳压电源的输出端与电加热板电性连接；
13.所述微处理器的制冷控制端与第二开关模块的控制端连接，该第二开关模块的输出端与第二继电器的线圈端电性连接，该第二继电器的开关端与制冷系统的控制端连接，该制冷系统的输出端与蒸发器连接，该蒸发器设置在所述试验舱(4)的内腔中；
14.所述微处理器真空控制端与抽真空系统的控制端连接；
15.所述微处理器的湿度控制端与湿度调节系统的控制端连接，该湿度调节系统中的加湿口与所述试验舱(4)的内腔连通；
16.所述微处理器的温度检测端连接有温度传感器，该温度传感器设置在所述试验舱(4)的内腔中；
17.所述微处理器的湿度检测端连接有湿度传感器，该湿度传感器设置在所述试验舱(4)的内腔中；
18.所述微处理器的通信端通过有线或者无线与上位机通信。
19.动态磁场多因素复合环境模拟装置的实验方法，具体步骤为：
20.步骤一：选定测试样品；
21.步骤二：将测试样品利用充磁机充磁至饱和，其厚度方向为磁体取向方向；
22.步骤三：将测试样品固定在试验舱内腔的中间位置；
23.步骤四：根据设定的磁场参数，启动线圈，达到设定时间后取出测试样品；
24.步骤五：测试样品表面磁场及各项永磁性能。
25.作为优化：还设置有步骤六：启动抽真空系统，并抽真空至10-2
pa，根据设定值，启动电磁线圈；
26.步骤七：启动制冷系统，将试验舱温度降低到-60℃，保持1小时；
27.步骤八：启动电加热板，将试验舱温度提高到150℃，保持1小时；
28.步骤九：根据需要，选择是否进入步骤七，否则停止电磁线圈、制冷系统和电加热板，测试样品表面磁场及各项永磁性能。
29.作为优化：还设置有步骤十：启动湿度调节系统，试验舱环境湿度在10-95％范围内调节，温度变化为至80摄氏度，保持12-96小时，测试样品表面磁场及各项永磁性能。
30.显著效果:
31.整体结构简单紧凑，具备磁场、温度、湿度和真空，单一或者复合环境的模拟和测试功能，应用场景多样；线圈在试验舱上下方向对称设置，磁场均匀；制冷系统除了用于为试验舱提供冷源，也可对电磁线圈进行降温冷却，保证长时间运行，同时延长了装置的使用寿命；实验方法部分，所选择的步骤和产生，可准确的判断磁场、温度、湿度和压力，任一环
境或者复合环境对测试样品所产生的影响，数据精准可靠。
附图说明
32.图1为本发明的结构图；
33.图2为图1的左视图；
34.图3为本发明的立体结构图；
35.图4为本发明的电路图；
36.图5为集成运放比较器的电路图；
37.图6为微处理器的电路图。
具体实施方式
38.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
39.如图1-图6所示，一种动态磁场多因素复合环境模拟装置，包括呈c型的铁芯1，铁芯1的上极头11套有第一线圈2，铁芯1的下极头12套有第二线圈3，第一线圈2串接第二线圈3后与功率放大器5的输出端连接，所述铁芯1的上极头11和下极头12之间设置有试验舱4。
40.其中第一线圈2设置有第一骨架21，第一线圈2的导线绕在第一骨架21上，第二线圈3设置有第二骨架31，第二线圈3中的导线缠绕在第二骨架31上，第一骨架21和第二骨架31结构相同，呈圆筒状并设置有上下两个凸缘，分别套在上极头11和下极头12上，第一骨架21和第二骨架(31)均由绝热材料制成，减少第一线圈2和第二线圈3导线通电发热对铁芯1磁性能的影响。
41.第一骨架21和第二骨架31设置有内腔，内腔连接有单独的冷媒系统，如冷却水循环系统，通过冷却装置向内腔通入冷却水，也可以直接与制冷系统44连通。
42.所述试验舱4的壳体41由绝缘材料制成，在壳体41的一侧设置有可以打开的密封门42；所述壳体41的底部连接电加热板43，电加热板43连接有直流稳压电源431，所述试验舱4还设置有制冷系统44，制冷系统44的蒸发器441设置于壳体41的内腔侧壁；所述壳体41内还固设有温度传感器45，温度传感器45与微处理器相连接，所述微处理器连接有第一开关三极管，第一开关三极管控制第一继电器的线圈通断电；第一继电器的常开开关控制直流稳压电源431通断电；所述微处理器连接有第二开关三极管，第二开关三极管控制第二继电器的线圈通断电；第二继电器的常开开关控制制冷系统44通断电。
43.试验舱4的侧壁嵌设有线缆引出接口，通过线缆引出接口可完成信号的输出和电源的引入。
44.通过上述的结构设置，所述试验舱4的壳体41由绝缘材料制成，减少试验舱4的热量传递到铁芯1上，在壳体41的一侧设置有可以打开的密封门42；通过密封门42可将磁元件放入试验舱4内。通过电加热板43可以给试验舱4加热，到达设定的加热温度。
45.温度传感器45用于检测试验舱4内的温度并发送给微处理器，当到达设定的加热温度时，微处理器经第一开关三极管输出信号，第一继电器的线圈断电；第一继电器的常开开关断开控制直流稳压电源431断电；当低于设定的加热温度时，微处理器经第一开关三极管输出信号，第一继电器的线圈通电；第一继电器的常开开关闭合控制直流稳压电源431通电。
46.通过制冷系统44可以给试验舱4制冷，到达设定的制冷温度。
47.温度传感器45用于检测试验舱4内的温度并发送给微处理器，当到达设定的制冷温度时，微处理器经第二开关三极管输出信号，第二继电器的线圈断电；第二继电器的常开开关断开控制制冷系统44断电；当高于设定的制冷温度时，微处理器经第二开关三极管输出信号，第二继电器的线圈通电；第二继电器的常开开关闭合控制制冷系统44通电。
48.微处理器可以采用stm32单片机，微处理器还连接有显示器与操作按键，用于调节温度。
49.所述试验舱4设置有抽真空系统46，抽真空系统46经抽气管461连接试验舱4。
50.抽真空系统46设置于试验舱4，通过抽气管461能够对试验舱4抽真空，模拟真空状态下的试验条件，抽真空系统46设置有真空泵。
51.所述试验舱4设置有湿度调节系统47，湿度调节系统47经加湿管471连接试验舱4，微处理器还连接有湿度传感器。
52.湿度调节系统47用于调节试验舱4的湿度，通过加湿管471向试验舱4内补入水蒸汽，给试验舱4加湿，微处理器还连接有湿度传感器，湿度传感器固定设置于试验舱4内，用于检测试验舱4内的湿度，传递给微处理器，微处理器通过显示器显示。
53.功率放大器5设置有集成运放比较器u2，微处理器的输出端与运放比较器u2的正端连接，该运放比较器u2的负端一路经电阻r16与电源端连接，另一路经电阻r15接地；所述运放比较器u2输出端与磁线圈的电源端连接，该运放比较器u2输出端还经稳压二极管d11接地；微处理器输出的高低电平信号经集成运放比较器比较后输出正负电平，正负电平再经功率放大后施加给第一线圈2和第二线圈3。
54.将磁性材料或磁性零件放置在试验舱4内，通过微处理器控制功率放大器5给第一线圈2和第二线圈3施加直流恒流与方波交变两种方式的电流。微处理器通过pwm方式控制输出频率与脉宽可调。从而在上极头11和下极头12之间产生恒稳磁场或交变磁场，从而可以模拟环境磁场对磁性材料或磁性零件产生的退磁影响。通过试验舱4调节磁性材料或磁性零件到适当的温度，从而可以模块环境磁场和环境温度对磁性材料或磁性零件产生的退磁影响。
55.利用上述装置可以进行在动态磁场/温度复合环境下磁性材料磁性能变化研究。尤其是模拟电机环境，可以选取电机常用永磁元件，进行磁场/温度综合实验。
56.实验分为两大部分，第一部分为静态磁场/温度环境实验，第二部分为动态磁场/温度环境实验。静态磁场参数选择为0、500、1000、2000gs，温度点选择为-50、室温、80、120、180℃，保温时间(磁场保持)分别为2、4、8、12h。
57.动态磁场参数选择为1000gs，频率为5、10、15hz，温度点选择为室温、80、120、180℃，保温时间分别为2、4、8、12h。
58.样品尺寸为15
×
10
×
6mm。所有样品在试验前，需要利用充磁机充磁至饱和，其厚度方向为磁体取向方向。将样品放在试验舱(4)中央，并固定，设定磁场大小和方向，保持一段时间后，取出样品，测试样品表面磁场及各项永磁性能。利用上述装置也可进行在静态磁场/温度/气氛复合环境下磁性材料磁性能变化研究。
59.如将磁性材料样品放入试验箱中，并抽真空至10-2
pa。然后施加一定磁场，如1000gs，并在-60℃和150℃各自保温1h，重复上述操作，观察真空和磁场作用下，温度冲击
对磁钢磁性能影响。
60.利用上述装置也可进行在动态磁场/温度/湿度复合环境下磁性材料磁性能变化。
61.如选定动态磁场大小为1000gs，频率为10hz；环境湿度在10-95％范围内调节，温度变化为室温至80摄氏度；分别保持12-96小时，观察磁性材料磁性能变化。
62.最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。