一種電工鋼片磁致伸縮測量系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電工鋼片磁致伸縮測量系統(tǒng)及方法,計算機控制任意波形發(fā)生器產(chǎn)生波形,根據(jù)多通道數(shù)據(jù)采集器上傳的數(shù)據(jù)控制任意波形發(fā)生器改變波形,利用迭代算法獲得磁極化強度感應(yīng)電壓的期望波形,進而計算被測樣品磁致伸縮回線;功率放大器對接收的信號進行放大處理,勵磁裝置固定被測樣品使被測樣品工作在閉磁路條件下,并在磁化方向上施加應(yīng)力;激光測振儀用于測量振動速度;多通道數(shù)據(jù)采集器用于采集電壓、電流和振動速度;本發(fā)明實現(xiàn)了閉磁路和應(yīng)力條件下對電工鋼片磁致伸縮回線的測量,符合電工鋼片的一般使用環(huán)境;利用迭代法使得磁極化強度感應(yīng)電壓波形為正弦波,取代了傳統(tǒng)的模擬反饋回路,具有不易震蕩和頻率范圍寬等特點。
【專利說明】一種電工鋼片磁致伸縮測量系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及磁性材料磁性能測量領(lǐng)域,尤其涉及一種電工鋼片磁致伸縮測量系統(tǒng) 及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電工鋼片是性能優(yōu)良的軟磁合金,包含硅鋼片、坡莫合金、非晶和納米晶等材料, 是各種電機和變壓器中不可缺少的重要磁性材料。電工鋼片的磁致伸縮是指在交變磁場作 用下,其體積隨交變磁場變化而變化的現(xiàn)象。它不僅帶來環(huán)境噪聲污染,還會造成鐵心發(fā) 熱,甚至產(chǎn)生諧振,造成電力設(shè)備故障。電工鋼片的磁致伸縮系數(shù)已成為變壓器、電機的重 要性能指標,我國是電工鋼片第一生產(chǎn)大國,人們越來越多的關(guān)注電工鋼片的磁致伸縮性 能。因此,采用有效可靠的系統(tǒng)及方法準確測量電工鋼片的磁致伸縮回線顯得尤為重要。
[0003] 目前,國際上已有電工鋼片磁致伸縮測量儀商業(yè)化儀器,例如日本的理研的 MST-400C磁致伸縮測試儀,它采用螺線管勵磁,被測樣品在沒有應(yīng)力下自由振動,利用激光 位移計測量磁致伸縮。但螺線管勵磁為開磁路工作方式,而電工鋼片構(gòu)成的鐵心大多工作 在閉磁路條件下,螺線管勵磁方式具有一定的局限性。另外,電工鋼片的生產(chǎn)和使用廠家更 關(guān)心應(yīng)力條件下磁致伸縮性能,上述測量設(shè)備不具有此項功能。
[0004] 另外一種國際上普遍采用IEC60404-3標準規(guī)定的SST單片測量法構(gòu)成閉合回路 測量電工鋼片磁性能。其勵磁裝置是單片磁導(dǎo)計,采用了兩個垂直磁軛和一個測量線框。雖 然IEC60404-3標準規(guī)定的單片磁導(dǎo)計測量原理可應(yīng)用在電工鋼片的磁致伸縮測量儀中, 但其磁軛結(jié)構(gòu)和測量線框結(jié)構(gòu)都不適合應(yīng)力條件下磁致伸縮測量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種電工鋼片磁致伸縮 測量系統(tǒng)及方法,解決磁致伸縮測量問題,提高我國電工鋼片量傳和質(zhì)檢能力,滿足高性能 電工鋼等新材料【技術(shù)領(lǐng)域】、國家重大電力工程用大型發(fā)電機和變壓器的先進制造業(yè)急需的 分析測量手段的需求。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種電工鋼片磁致伸縮測量系統(tǒng),包 括計算機、任意波形發(fā)生器、功率放大器、勵磁裝置、激光測振儀和多通道數(shù)據(jù)采集器;
[0007] 所述計算機,其用于控制任意波形發(fā)生器產(chǎn)生期望波形,還用于對多通道數(shù)據(jù)采 集器上傳的數(shù)據(jù)進行分析,控制任意波形發(fā)生器改變波形,利用迭代算法獲得期望波形,進 而計算被測樣品磁致伸縮回線;
[0008] 所述任意波形發(fā)生器,其用于在計算機控制下產(chǎn)生任意波形并發(fā)送給功率放大 器,還為多通道數(shù)據(jù)采集器提供同步采樣信號;
[0009] 所述功率放大器,其用于對任意波形發(fā)生器發(fā)送的波形進行放大處理,進而發(fā)送 給勵磁裝置;
[0010] 所述勵磁裝置,其用于固定被測樣品,使被測樣品工作在閉磁路條件下,為被測樣 品勵磁,同時在磁化方向上施加應(yīng)力;
[0011] 所述激光測振儀,其用于測量勵磁裝置的磁致伸縮振動速度,并將測量的振動速 度傳送至多通道數(shù)據(jù)采集器;
[0012] 所述多通道數(shù)據(jù)采集器,其用于接收激光測振儀發(fā)送的振動速度,還用于采集勵 磁裝置的電壓電流數(shù)據(jù)并進行處理,將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明中勵磁裝置固定被測樣品,使被測樣品工作在閉磁 路條件下,在磁化方向上施加應(yīng)力,能夠在磁極化強度感應(yīng)電壓正弦條件下對被測樣品勵 磁,測量磁致伸縮回線,勵磁裝置為被測樣品的測量提供合適的測量環(huán)境,符合電工鋼片的 一般使用環(huán)境;采用激光測振儀測量磁致伸縮振動,將測得的振動速度經(jīng)過多通道數(shù)據(jù)采 集器采樣和計算機數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)化為被測樣品的位移量,激光測振儀具有測量準確度高、重 復(fù)性好和量值溯源方便等特點;所述計算機對采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)字諧波分析,控制任意波 形發(fā)生器改變波形,利用迭代法使得磁極化強度感應(yīng)電壓波形為正弦波,取代了傳統(tǒng)的模 擬反饋回路,具有波形失真小、不易震蕩和頻率范圍寬等特點。
[0014] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,本發(fā)明還可以做如下改進。
[0015] 進一步,所述勵磁裝置包括水平"回"形磁軛、測量線框、加壓裝置和壓力導(dǎo)向裝 置;所述水平"回"形磁軛中部橫向固定測量線框,所述壓力導(dǎo)向裝置為中空矩形結(jié)構(gòu),被測 樣品固定在壓力導(dǎo)向裝置內(nèi),所述壓力導(dǎo)向裝置水平穿過測量線框,兩端搭在水平"回"形 磁軛上。
[0016] 采用上述進一步方案的有益效果是:本發(fā)明所述水平"回"形磁軛為被測樣品提供 閉合的磁路,與傳統(tǒng)垂直磁軛相比,具有加工容易、不易開裂、絕緣電阻高和端面平整等優(yōu) 點,非常適合電工鋼片的磁致伸縮測量;所述壓力導(dǎo)向裝置起壓力導(dǎo)向作用,使得被測樣品 在壓應(yīng)力下在長度方向上自由振動,在垂直方向上不產(chǎn)生變形。
[0017] 進一步,所述水平"回"形磁軛采用硅鋼疊片組成"回"字形狀,其外圈正方形邊長 為500mm,內(nèi)圈正方形邊長為300mm,疊片厚度為25mm。
[0018] 進一步,所述測量線框包括所述測量線框包括骨架、初級繞組、次級繞組、第一 Η 線圈和第二Η線圈;所述骨架為矩形中空板狀結(jié)構(gòu),其內(nèi)部形成矩形空腔,在骨架上下兩側(cè) 分別安裝第一 Η線圈和第二Η線圈,以骨架、第一 Η線圈和第二Η線圈為軸繞制次級繞組, 進而在次級繞組的外側(cè)繞制初級繞組。
[0019] 采用上述進一步方案的有益效果是:測量線框采用上下兩個Η線圈,將Η線圈電壓 和次級感應(yīng)電壓輸入到多通道數(shù)據(jù)采集器中,通過多通道數(shù)據(jù)采集器中的模擬減法器使得 次級感應(yīng)電壓減去Η線圈感應(yīng)電壓,從而得到磁極化強度感應(yīng)電壓;上述測量線框具有制 作工藝簡單和調(diào)試方便等優(yōu)點。
[0020] 進一步,所述所述骨架內(nèi)部空腔高度為5mm,寬度為106mm。
[0021] 采用上述進一步方案的有益效果是:測量線框采用上述寬度,有利于與被測樣品 配合;測量線框開口高度大,便于加壓裝置的安裝。
[0022] 進一步,所述壓力導(dǎo)向裝置包括上固定板和下固定板,被測樣品放置在下固定板 上,上固定板與被測樣品保持一定間隙,所述上固定板上設(shè)有反光鏡安裝孔和夾具安裝孔, 所述反光鏡安裝孔用于安裝激光測振儀使用的反光鏡,所述夾具安裝孔安裝夾具,用于夾 緊被測樣品的一端,被測樣品的另一端連接加壓裝置。
[0023] 采用上述進一步方案的有益效果:上固定板和下固定板配合起到壓力導(dǎo)向作用, 使得被測樣品在壓應(yīng)力下在長度方向上自由振動,在垂直方向上不產(chǎn)生變形。
[0024] 進一步,所述下固定板為光滑平板,所述上固定板與被測樣品間的間隙為0. 1_, 所述上固定板厚為3mm,下固定板厚為0· 1至1mm。
[0025] 采用上述進一步方案的有益效果:下固定板采用光滑平板,以減小被測樣品與下 固定板的摩擦,上固定板防止樣品加壓后在垂直方向翹起,下固定板防止被磁化的被測樣 品與磁軛吸住。
[0026] 進一步,所述多通道數(shù)據(jù)采集器采集的電壓電流數(shù)據(jù)包括初級勵磁電流、Η線圈感 應(yīng)電壓和次級感應(yīng)電壓,所述多通道數(shù)據(jù)采集器內(nèi)部包含模擬減法器,利用模擬減法器使 得次級感應(yīng)電壓減去Η線圈感應(yīng)電壓,從而得到磁極化強度感應(yīng)電壓。
[0027] 采用上述進一步方案的有益效果:通過多通道數(shù)據(jù)采集器內(nèi)部的模擬減法器使得 次級感應(yīng)電壓減去Η線圈感應(yīng)電壓,從而得到磁極化強度的感應(yīng)信號,實現(xiàn)空氣磁通補償。
[0028] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的另一技術(shù)方案如下:一種電工鋼片磁致伸縮測量方 法,包括如下步驟:
[0029] 步驟1,計算機控制任意波形發(fā)生器產(chǎn)生期望波形;
[0030] 步驟2,期望波形經(jīng)過功率放大器放大后,對勵磁裝置中的被測樣品勵磁;
[0031] 步驟3,激光測振儀測量勵磁裝置的磁致伸縮振動速度,并將測量的振動速度傳送 至多通道數(shù)據(jù)采集器;
[0032] 步驟4,多通道數(shù)據(jù)采集器接收激光測振儀發(fā)送的磁致伸縮振動速度,同時采集勵 磁裝置中的初級勵磁電流、Η線圈感應(yīng)電壓和次級感應(yīng)電壓,利用其內(nèi)部的模擬減法器使得 次級感應(yīng)電壓減去Η線圈感應(yīng)電壓,得到磁極化強度感應(yīng)電壓,進而發(fā)送給計算機;
[0033] 步驟5,計算機對磁極化強度感應(yīng)電壓進行數(shù)字諧波分析,控制任意波形發(fā)生器改 變波形,利用迭代法使得磁極化強度感應(yīng)電壓波形為期望波形;
[0034] 步驟6,在磁極化強度感應(yīng)電壓波形為期望波形條件下,利用此時獲得的磁致伸縮 振動速度、初級勵磁電流和磁極化強度感應(yīng)電壓計算被測樣品的磁致伸縮回線。
[0035] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,本發(fā)明還可以做如下改進。
[0036] 進一步,步驟6中計算被測樣品的磁致伸縮回線的具體實現(xiàn)為:將一個周期內(nèi)磁 致伸縮振動速度和磁極化強度感應(yīng)電壓數(shù)值積分,從而得到磁致伸縮位移波形和磁極化強 度波形;從波形中得到磁致伸縮隨磁極化強度變化的回線;計算一個周期內(nèi)磁極化強度感 應(yīng)電壓和初級勵磁電流的乘積,從而計算出被測樣品損耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037] 圖1為本發(fā)明所述一種電工鋼片磁致伸縮測量系統(tǒng)框圖;
[0038] 圖2a為本發(fā)明所述勵磁裝置結(jié)構(gòu)示意圖;
[0039] 圖2b為本發(fā)明所述水平"回"形磁軛和測量線圈的立體結(jié)構(gòu)示意圖;
[0040] 圖3a為本發(fā)明所述測量線框的主視剖視圖;
[0041] 圖3b為沿圖3a的AA'方向的剖視圖;
[0042] 圖4a為本發(fā)明所述壓力裝置和壓力導(dǎo)向裝置的俯視圖;
[0043] 圖4b為沿圖4a的BB'方向的剖視圖;
[0044] 圖5為本發(fā)明所述一種電工鋼片磁致伸縮測量方法流程圖。
[0045] 附圖中,各標號所代表的部件列表如下:
[0046] 101、計算機,102、任意波形發(fā)生器,103、功率放大器,104、勵磁裝置,105、激光測 振儀,106、多通道數(shù)據(jù)采集器,201、水平"回"形磁軛,202、測量線框,203、加壓裝置,204、 壓力導(dǎo)向裝置,205、反光鏡,206、夾具,301、骨架,302、初級繞組,303、次級繞組,304、第一 Η 線圈,305第二Η線圈,401、上固定板,402、下固定板,403、反光鏡安裝孔,404、夾具安裝孔, 405、被測樣品。
【具體實施方式】
[0047] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述,所舉實例只用于解釋本發(fā)明,并 非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0048] 如圖1所示,一種電工鋼片磁致伸縮測量系統(tǒng),包括計算機101、任意波形發(fā)生器 102、功率放大器103、勵磁裝置104、激光測振儀105和多通道數(shù)據(jù)采集器106 ;所述計算機 101,其用于控制任意波形發(fā)生器產(chǎn)生期望波形,還用于對多通道數(shù)據(jù)采集器上傳的數(shù)據(jù)進 行分析,控制任意波形發(fā)生器改變波形,利用迭代算法獲得期望波形,進而計算被測樣品磁 致伸縮回線;所述任意波形發(fā)生器102,其用于在計算機控制下產(chǎn)生任意波形并發(fā)送給功 率放大器,還為多通道數(shù)據(jù)采集器提供同步采樣信號;所述功率方法器103,其用于對任意 波形發(fā)生器發(fā)送的波形進行放大處理,進而發(fā)送給勵磁裝置;所述勵磁裝置104,其用于固 定被測樣品,使被測樣品工作在閉磁路條件下,為被測樣品勵磁,同時在磁化方向上施加應(yīng) 力;所述激光測振儀105,其用于測量勵磁裝置的磁致伸縮振動速度,并將測量的振動速度 傳送至多通道數(shù)據(jù)采集器;所述多通道數(shù)據(jù)采集器106,其用于接收激光測振儀發(fā)送的振 動速度,還用于采集勵磁裝置的初級勵磁電流、Η線圈感應(yīng)電壓和次級感應(yīng)電壓,將采集的 數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機。
[0049] 如圖2a、2b所示,所述勵磁裝置包括水平"回"形磁軛201、測量線框202、加壓裝 置203和壓力導(dǎo)向裝置204 ;所述水平"回"形磁軛201中部橫向固定測量線框202,所述壓 力導(dǎo)向裝置204為中空矩形結(jié)構(gòu),被測樣品固定在壓力導(dǎo)向裝置204內(nèi),所述壓力導(dǎo)向裝置 204水平穿過測量線框202,兩端搭在水平"回"形磁軛201上,其一端連接加壓裝置203。 本發(fā)明所述水平"回"形磁軛201,與傳統(tǒng)垂直磁軛相比,具有加工容易、不易開裂、絕緣電阻 高和端面平整等優(yōu)點,非常適合電工鋼片的磁致伸縮測量;所述壓力導(dǎo)向裝置204,使得被 測樣品在壓應(yīng)力下在長度方向上自由振動,在垂直方向上不產(chǎn)生變形。
[0050] 傳統(tǒng)的單片磁導(dǎo)計都采用垂直磁軛,本發(fā)明中水平磁軛與傳統(tǒng)的垂直磁軛相比具 有加工容易、不易開裂、絕緣電阻高和端面平整等優(yōu)點,非常適合電工鋼片的磁致伸縮測 量。水平磁軛使用優(yōu)質(zhì)取向硅鋼疊片組成"回"字形狀,外圈正方形邊長為500mm,內(nèi)圈正方 形邊長為300_,疊片厚度為25_。水平磁軛為被測樣品提供閉合的磁路。
[0051] 其中,所述水平"回"形磁軛采用硅鋼疊片組成"回"字形狀,其外圈正方形邊長為 500mm,內(nèi)圈正方形邊長為300mm,疊片厚度為25mm。
[0052] 如圖3a、3b所示,所述測量線框包括骨架301、初級繞組302、次級繞組303、第一 Η 線圈304和第二Η線圈305 ;所述骨架為矩形中空板狀結(jié)構(gòu),其內(nèi)部形成矩形空腔,在骨架 301上下兩側(cè)分別安裝第一 Η線圈304和第二Η線圈305,以骨架301、第一 Η線圈304和第 二Η線圈305為軸繞制次級繞組304,進而在次級繞組的外側(cè)繞制初級繞組302。所述測量 線框202采用上下兩個Η線圈,將采集的初級勵磁電流、Η線圈感應(yīng)電壓和次級感應(yīng)電壓輸 入到多通道數(shù)據(jù)采集器106中,通過模擬減法器使得次級繞組電壓減去Η線圈感應(yīng)電壓,從 而得到磁極化強度的感應(yīng)信號;上述測量線框具有抗干擾性強、制作工藝簡單和調(diào)試方便 等優(yōu)點。
[0053] 所述骨架301內(nèi)部空腔高度為5mm,寬度為106mm,寬度的改變是為了適合樣品, 因為被測試樣寬度為100mm ;傳統(tǒng)磁導(dǎo)計高度一般是越小越好,一般小于2_,便于空氣磁 通補償,本發(fā)明的測量線框開口高度大,是為了便于加壓裝置的使用。由于測量線框開口高 度大,傳統(tǒng)的空氣磁通補償辦法不再適用,本發(fā)明采用上下兩個Η線圈,輸入到多通道數(shù)據(jù) 采集器中,通過多通道數(shù)據(jù)采集器內(nèi)部的模擬減法器使得次級感應(yīng)電壓減去Η線圈感應(yīng)電 壓,從而得到磁極化強度的感應(yīng)信號,實現(xiàn)空氣磁通補償。該方法與傳統(tǒng)單片磁導(dǎo)計互感補 償法相比,具有制作工藝簡單和調(diào)試方便等優(yōu)點。
[0054] 如圖4a、4b所示,所述壓力導(dǎo)向裝置204包括上固定板401和下固定板402,被測 樣品放置在下固定板402上,上固定板401與被測樣品保持一定間隙,所述上固定板401上 設(shè)有反光鏡安裝孔403和夾具安裝孔404,所述反光鏡安裝孔403用于安裝激光測振儀使用 的反光鏡,所述夾具安裝孔404安裝夾具,用于夾緊被測樣品的一端,被測樣品的另一端連 接加壓裝置。
[0055] 對于本發(fā)明所述的加壓裝置,壓力來源于經(jīng)典的氣動壓力控制,本發(fā)明在此不在 贅述。電工鋼片的厚度一般在小于0. 5mm,而被測樣品長為500mm,寬為100mm,本發(fā)明在長 度方向上施加〇-l〇MPa的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。拉應(yīng)力實現(xiàn)起來容易,但是壓應(yīng)力的實現(xiàn)是技 術(shù)關(guān)鍵。本發(fā)明設(shè)計實現(xiàn)了壓力導(dǎo)向框204,其中壓力導(dǎo)向裝置的上固定板401厚為3mm,下 固定板厚為〇. 1-lmm,樣品放置在下固定板402上,上固定板401與樣品間距控制在0. 1mm 左右。下固定板402須為光滑的平板,其整體放在兩端磁軛、測量線框內(nèi)框和夾具所形成的 水平平面上。上固定板上有兩個開孔,一個是反光鏡安裝孔403,用于安裝激光測振儀使用 的反光鏡;另一個開孔為夾具安裝孔404,用于安裝夾具,利用夾具夾緊電工鋼片。采用壓 力導(dǎo)向裝置的目的是使得被測樣品在壓應(yīng)力下在長度方向上自由振動,在垂直方向上不產(chǎn) 生變形。
[0056] 如圖5所示,一種電工鋼片磁致伸縮測量方法,包括如下步驟:
[0057] 步驟1,計算機控制任意波形發(fā)生器產(chǎn)生期望波形;
[0058] 步驟2,期望波形經(jīng)過功率放大器放大后,對勵磁裝置中的被測樣品勵磁;
[0059] 步驟3,激光測振儀測量勵磁裝置的磁致伸縮振動速度,并將測量的振動速度傳送 至多通道數(shù)據(jù)采集器;
[0060] 步驟4,多通道數(shù)據(jù)采集器接收激光測振儀發(fā)送的磁致伸縮振動速度,同時采集勵 磁裝置中的初級勵磁電流、Η線圈感應(yīng)電壓和次級感應(yīng)電壓,利用其內(nèi)部的模擬減法器使得 次級感應(yīng)電壓減去Η線圈感應(yīng)電壓,得到磁極化強度感應(yīng)電壓,進而發(fā)送給計算機;
[0061] 步驟5,計算機對磁極化強度感應(yīng)電壓進行數(shù)字諧波分析,控制任意波形發(fā)生器改 變波形,利用迭代法使得磁極化強度感應(yīng)電壓波形為期望波形;
[0062] 步驟6,在磁極化強度感應(yīng)電壓波形為期望波形條件下,利用此時獲得的磁致伸縮 振動速度、初級勵磁電流和磁極化強度感應(yīng)電壓計算被測樣品的磁致伸縮回線。
[0063] 相同頻率和相同磁極化強度峰值條件下,磁致伸縮回線不唯一,其形狀與磁化過 程直接相關(guān),為了強調(diào)可比性,必須要求磁通波形為正弦(即磁極化強度感應(yīng)電壓波形系 數(shù)在1. 1107的± 1 %以內(nèi)),使得磁致伸縮回線唯一。本發(fā)明中通過對磁極化強度感應(yīng)信號 進行數(shù)字諧波分析,然后改變?nèi)我獠ㄐ伟l(fā)生器波形,利用迭代法使得磁極化強度感應(yīng)信號 波形正弦,取代了傳統(tǒng)的模擬反饋回路,具有波形失真小、不易震蕩和頻率范圍寬等特點。
[0064] 步驟6中計算被測樣品的磁致伸縮回線的具體實現(xiàn)為:將一個周期內(nèi)磁致伸縮振 動速度和磁極化強度感應(yīng)電壓數(shù)值積分,從而得到磁致伸縮位移波形和磁極化強度波形; 從波形中得到磁致伸縮隨磁極化強度變化的回線;計算一個周期內(nèi)磁極化強度感應(yīng)電壓和 初級勵磁電流的乘積,從而計算出被測樣品損耗。
[0065] 本發(fā)明中被測樣品工作在閉磁路條件下,并且能夠在磁化方向上施加0-10MPa的 拉應(yīng)力和壓應(yīng)力,測量頻率為20Ηζ-400Ηζ,能夠在磁通正弦條件下對被測樣品勵磁,測量磁 致伸縮回線。磁致伸縮振動采用激光測振儀測量,激光測振儀測量所得的振動速度經(jīng)過多 通道數(shù)據(jù)采集器采樣和計算機數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)化為被測樣品的位移量。激光測振儀具有測量準 確度高、重復(fù)性好和量值溯源方便等特點。當采用500*100mm被測硅鋼片時,本發(fā)明測量頻 率為20Hz-400Hz,位移測量分辨率達到3nm,磁致伸縮系數(shù)分辨率為1 X 10-8,復(fù)現(xiàn)性優(yōu)于 5%。
[0066] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種電工鋼片磁致伸縮測量系統(tǒng),其特征在于,包括計算機、任意波形發(fā)生器、功率 放大器、勵磁裝置、激光測振儀和多通道數(shù)據(jù)采集器; 所述計算機,其用于控制任意波形發(fā)生器產(chǎn)生波形,還用于對多通道數(shù)據(jù)采集器上傳 的數(shù)據(jù)進行分析,控制任意波形發(fā)生器改變波形,利用迭代算法獲得磁極化強度感應(yīng)電壓 的期望波形,進而計算被測樣品磁致伸縮回線; 所述任意波形發(fā)生器,其用于在計算機控制下產(chǎn)生任意波形并發(fā)送給功率放大器,還 為多通道數(shù)據(jù)采集器提供同步采樣信號; 所述功率放大器,其用于對任意波形發(fā)生器發(fā)送的波形進行放大處理,進而發(fā)送給勵 磁裝置; 所述勵磁裝置,其用于固定被測樣品,使被測樣品工作在閉磁路條件下,為被測樣品勵 磁,同時在磁化方向上施加應(yīng)力; 所述激光測振儀,其用于測量勵磁裝置的磁致伸縮振動速度,并將測量的振動速度傳 送至多通道數(shù)據(jù)采集器; 所述多通道數(shù)據(jù)采集器,其用于接收激光測振儀發(fā)送的振動速度,還用于采集勵磁裝 置的電壓電流數(shù)據(jù)并進行處理,將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電工鋼片磁致伸縮測量系統(tǒng),其特征在于,所述勵磁裝置 包括水平"回"形磁軛、測量線框、加壓裝置和壓力導(dǎo)向裝置; 所述水平"回"形磁軛中部橫向固定測量線框,所述壓力導(dǎo)向裝置為中空矩形結(jié)構(gòu),被 測樣品固定在壓力導(dǎo)向裝置內(nèi),所述壓力導(dǎo)向裝置水平穿過測量線框,兩端搭在水平"回" 形磁軛上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種電工鋼片磁致伸縮測量系統(tǒng),其特征在于,所述水平"回" 形磁軛采用硅鋼疊片組成"回"字形狀,其外圈正方形邊長為500mm,內(nèi)圈正方形邊長為 300mm,疊片厚度為25mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種電工鋼片磁致伸縮測量系統(tǒng),其特征在于,所述測量線框 包括骨架、初級繞組、次級繞組、第一 Η線圈和第二Η線圈;所述骨架為矩形中空板狀結(jié)構(gòu), 其內(nèi)部形成矩形空腔,在骨架上下兩側(cè)分別安裝第一 Η線圈和第二Η線圈,以骨架、第一 Η 線圈和第二Η線圈為軸繞制次級繞組,進而在次級繞組的外側(cè)繞制初級繞組。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種電工鋼片磁致伸縮測量系統(tǒng),其特征在于,所述骨架內(nèi)部 空腔高度為5mm,寬度為106mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種電工鋼片磁致伸縮測量系統(tǒng),其特征在于,所述壓力導(dǎo)向 裝置包括上固定板和下固定板,被測樣品放置在下固定板上,上固定板與被測樣品保持一 定間隙,所述上固定板上設(shè)有反光鏡安裝孔和夾具安裝孔,所述反光鏡安裝孔用于安裝激 光測振儀使用的反光鏡,所述夾具安裝孔安裝夾具,用于夾緊被測樣品的一端,被測樣品的 另一端連接加壓裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種電工鋼片磁致伸縮測量系統(tǒng),其特征在于,所述下固定板 為光滑平板,所述上固定板與被測樣品間的間隙為〇· 1mm,所述上固定板厚為3mm,下固定 板厚為〇. 1至1_。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電工鋼片磁致伸縮測量系統(tǒng),其特征在于,所述多通道數(shù) 據(jù)采集器采集的電壓電流數(shù)據(jù)包括初級勵磁電流、Η線圈感應(yīng)電壓和次級感應(yīng)電壓,所述多 通道數(shù)據(jù)采集器內(nèi)部包含模擬減法器,利用模擬減法器使得次級感應(yīng)電壓減去Η線圈感應(yīng) 電壓,從而得到磁極化強度感應(yīng)電壓。
9. 一種電工鋼片磁致伸縮測量方法,其特征在于,包括如下步驟: 步驟1,計算機控制任意波形發(fā)生器產(chǎn)生期望波形; 步驟2,期望波形經(jīng)過功率放大器放大后,對勵磁裝置中的被測樣品勵磁; 步驟3,激光測振儀測量勵磁裝置的磁致伸縮振動速度,并將測量的振動速度傳送至多 通道數(shù)據(jù)采集器; 步驟4,多通道數(shù)據(jù)采集器接收激光測振儀發(fā)送的磁致伸縮振動速度,同時采集勵磁裝 置中的初級勵磁電流、Η線圈感應(yīng)電壓和次級感應(yīng)電壓,利用其內(nèi)部的模擬減法器使得次級 感應(yīng)電壓減去Η線圈感應(yīng)電壓,得到磁極化強度感應(yīng)電壓,進而發(fā)送給計算機; 步驟5,計算機對磁極化強度感應(yīng)電壓進行數(shù)字諧波分析,控制任意波形發(fā)生器改變波 形,利用迭代法使得磁極化強度感應(yīng)電壓波形為期望波形; 步驟6,在磁極化強度感應(yīng)電壓波形為期望波形條件下,利用此時獲得的磁致伸縮振動 速度、初級勵磁電流和磁極化強度感應(yīng)電壓計算被測樣品的磁致伸縮回線。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述一種電工鋼片磁致伸縮測量方法,其特征在于,步驟6中計算 被測樣品的磁致伸縮回線的具體實現(xiàn)為:將一個周期內(nèi)磁致伸縮振動速度和磁極化強度感 應(yīng)電壓數(shù)值積分,從而得到磁致伸縮位移波形和磁極化強度波形;從波形中得到磁致伸縮 隨磁極化強度變化的回線;計算一周期內(nèi)磁極化強度感應(yīng)電壓和初級勵磁電流的乘積,從 而計算出被測樣品損耗。
【文檔編號】G01R33/18GK104122516SQ201410354315
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】張志高, 賀建, 侯瑞芬, 范雯, 林安利 申請人:中國計量科學(xué)研究院