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      基于線性外推的微磁探頭勵磁反饋控制方法

      文檔序號:10487452閱讀:424來源:國知局
      基于線性外推的微磁探頭勵磁反饋控制方法
      【專利摘要】基于線性外推的微磁探頭勵磁反饋控制方法,實(shí)現(xiàn)該方法的內(nèi)容分為三部分:第一部分是勵磁磁路;第二部分是磁場測量模塊;第三部分是反饋控制模塊。在U型勵磁磁路內(nèi)側(cè)的霍爾元件線陣,采用三個相同型號的霍爾元件Hall1、Hall2、Hall3沿垂直于被測材料或結(jié)構(gòu)表面方向上布置,以測量三個高度位置的切向磁場強(qiáng)度,分別記為H1、H2、H3。在U型勵磁磁路內(nèi)側(cè)放置磁場調(diào)整結(jié)構(gòu)后,切向磁場強(qiáng)度梯度降低且線性變化范圍擴(kuò)大,從ZL提高到了ZH。采用由數(shù)據(jù)采集卡、任意信號激勵板卡和控制軟件組成的反饋控制模塊,通過迭代反饋,使磁感應(yīng)強(qiáng)度B和表面切向磁場強(qiáng)度H兩路信號滿足控制變量所設(shè)定的要求,提升開環(huán)磁路測試系統(tǒng)對飽和磁滯回線的精確測量。
      【專利說明】
      基于線性外推的微磁探頭勵磁反饋控制方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      [0001] 基于線性外推的微磁探頭勵磁反饋控制方法屬于微磁無損檢測領(lǐng)域,采用線性外 推方法對構(gòu)件表面的切向磁場強(qiáng)度進(jìn)行準(zhǔn)確檢測,通過磁路反饋控制模塊,使磁感應(yīng)強(qiáng)度 和表面切向磁場強(qiáng)度兩路信號滿足控制變量所設(shè)定的要求,提升開環(huán)磁路測試系統(tǒng)對飽和 磁滯回線的精確測量。
      【背景技術(shù)】
      [0002] 磁滯回線B-H的測量是分析材料磁特性的主要方法之一。利用磁滯回線,可提取出 多種磁學(xué)參量,如矯頑力Hc、剩磁B r以及鐵損P等。閉環(huán)磁滯回線測量方法雖精度高但難以實(shí) 現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用,現(xiàn)有開環(huán)磁路測試系統(tǒng)也存在不足:一方面,采用激勵線圈電流推算得出的試 件表面切向磁場強(qiáng)度與真實(shí)值存在較大誤差;另一方面,測量磁路與被測構(gòu)件的提離距離 波動時,測試得出的磁滯回線存在較大差異,使測試系統(tǒng)的精度受提離距離影響,不具有對 測試條件變化的適應(yīng)性。
      [0003] 為改善上述問題,本文提出一種基于線性外推的微磁探頭勵磁反饋控制方法,以 提升磁滯回線的開環(huán)磁路測試系統(tǒng)性能,得到材料或結(jié)構(gòu)的精確飽和磁滯回線。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0004] 本發(fā)明的目的是提出基于線性外推的微磁探頭勵磁反饋控制方法,如附圖1所示,

      【發(fā)明內(nèi)容】
      分為三部分:第一部分是勵磁磁路,包括激勵線圈1、磁場調(diào)整結(jié)構(gòu)2、U型輒鐵3,激 勵線圈1纏繞在U型輒鐵3上,磁場調(diào)整結(jié)構(gòu)2設(shè)置在U型輒鐵3的中間,激勵線圈1、磁場調(diào)整 結(jié)構(gòu)2、U型輒鐵3與被測材料或結(jié)構(gòu)5形成連通磁路;第二部分是磁場測量模塊,包括霍爾元 件線陣4和感應(yīng)線圈6;第三部分是反饋控制模塊7。
      [0005] 在U型勵磁磁路內(nèi)側(cè)的霍爾元件線陣4,采用三個相同型號的霍爾元件Hall1、 Hall2、Hall3沿垂直于被測材料或結(jié)構(gòu)5表面方向上布置,以測量三個高度位置的切向磁場 強(qiáng)度,分別記為出、出、!1 3。如附圖2所示,在霍爾元件線陣4所處范圍內(nèi),切向磁場強(qiáng)度&沿垂 直距離Z方向近似線性分布,利用三個霍爾元件測量得到的切向磁場強(qiáng)度H x及它們的位置 坐標(biāo)Z,擬合得到切向磁場強(qiáng)度與垂直高度坐標(biāo)間的直線方程Hx = f (Z ),其中Z的取值范圍 為[0,Ζ?或[0,ZH],利用線性外推的方法計算出材料或結(jié)構(gòu)5表面(Z = O)準(zhǔn)確的切向磁場強(qiáng) 度Hx;為提高線性外推法對表面切向磁場強(qiáng)度的測量精度,本方法設(shè)計了能夠降低垂直被 測材料或結(jié)構(gòu)表面方向的切向磁場強(qiáng)度梯度的磁場調(diào)整結(jié)構(gòu)2。如附圖3所示,在U型勵磁磁 路內(nèi)側(cè)放置磁場調(diào)整結(jié)構(gòu)2后,切向磁場強(qiáng)度梯度降低且線性變化范圍擴(kuò)大,從Zdf高到了 Zh 〇
      [0006] 繞于被測材料或結(jié)構(gòu)5上的感應(yīng)線圈6的輸出電壓經(jīng)積分換算后,得到磁感應(yīng)強(qiáng)度 B,為實(shí)現(xiàn)飽和磁滯回線的精確測試,以磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值Bmax及表面切向磁場強(qiáng)度峰值差δ Hmax為控制變量,采用由數(shù)據(jù)采集卡、任意信號激勵板卡和基于LabVIEW平臺的控制軟件組 成的反饋控制模塊7,通過迭代反饋,使磁感應(yīng)強(qiáng)度B和表面切向磁場強(qiáng)度H兩路信號滿足控 制變量所設(shè)定的要求,提升開環(huán)磁路測試系統(tǒng)對飽和磁滯回線的精確測量。
      [0007] 如附圖3所示,反饋控制模塊7的反饋控制主要分兩個步驟進(jìn)行:
      [0008] 第一步,調(diào)整激勵電壓V獅(t)來控制磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值Bmax達(dá)到要求值,具體迭代 公式如下W采.
      [0009]
      [0010] 式中i一為迭代次數(shù)
      [0011] 4盡":,、一第i階迭代時,被控制的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的要求最大幅值與真實(shí)幅值之間的 差值,其表達(dá)式為及8_ = ,為要求的最大幅值,為第i次迭代時真實(shí)的幅值
      [0012] kBmax-修正系數(shù),描述激勵電壓幅值相對于被控制的磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值的變化率, 表達(dá)式為 kBmax- SVmax/SBmax
      [0013] -第i次迭代時激勵電壓的最大幅值
      [0014] %置一第i次迭代時的偏置電壓
      [0015] 循環(huán)終止條件是第i次迭代的值滿足,其中m是根據(jù)具體要求 人為設(shè)定的常數(shù),常為〇~10%,視具體誤差而定。
      [0016] 第二步,調(diào)節(jié)對稱性,切向磁場正負(fù)最大幅值的絕對值之差的一半I δΗΜΧ/2 I是判 斷參數(shù),其值若不為零,進(jìn)行迭代調(diào)節(jié)直到第i次滿足使/2|</成_,其中η是根據(jù)具 體要求人為設(shè)定的常數(shù),常為〇~10%,視具體誤差而定。
      [0017] 滿足要求后,反饋控制調(diào)節(jié)結(jié)束。
      [0018] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案,可以獲得如下有益效果:準(zhǔn)確評估材料或結(jié)構(gòu)表面的 切向磁場強(qiáng)度,通過磁路反饋控制模塊,使磁感應(yīng)強(qiáng)度和表面切向磁場強(qiáng)度兩路信號滿足 控制變量所設(shè)定的要求,提升了開環(huán)磁路測試系統(tǒng)對飽和磁滯回線的測量精度。
      【附圖說明】
      [0019] 圖1磁滯回線的開環(huán)磁路測試系統(tǒng)示意圖。
      [0020] 圖2有、無磁場調(diào)整結(jié)構(gòu)時U型磁路內(nèi)側(cè)的切向磁場強(qiáng)度分布示意圖。
      [0021 ]圖3磁滯回線測試的反饋控制流程圖。
      【具體實(shí)施方式】
      [0022] 下面以實(shí)施例和附圖1-3對本發(fā)明作進(jìn)一步說明,且以下實(shí)施例只是描述性的,不 能以此來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
      [0023] 激勵線圈和感應(yīng)線圈分別緊密地纏繞在U型鐵和被測材料表面上,在U型勵磁磁路 內(nèi)側(cè)的磁路優(yōu)化結(jié)構(gòu)中放置霍爾元件線陣,將三個型號相同的現(xiàn)代霍爾元件Hall^Halls、 Hall3沿垂直于被測構(gòu)件的方向上放置,其坐標(biāo)分別為21、22、2 3,測得被測構(gòu)件附近的磁場 強(qiáng)度分別為&、出、出。采用線性擬合得到直線方程& =汽2),再以該方程線性外推得到被測 構(gòu)件表面(Z = 0)的切向磁場Hx。
      [0024] 繞于被測材料或結(jié)構(gòu)的感應(yīng)線圈的輸出電壓經(jīng)積分換算后,得到磁感應(yīng)強(qiáng)度B,利
      【主權(quán)項(xiàng)】
      1. 基于線性外推的微磁探頭勵磁反饋控制方法,其特征在于:實(shí)現(xiàn)該方法的內(nèi)容分為 Ξ部分:第一部分是勵磁磁路,包括激勵線圈(1)、磁場調(diào)整結(jié)構(gòu)(2)、U型輛鐵(3),激勵線圈 (1) 纏繞在U型輛鐵(3)上,磁場調(diào)整結(jié)構(gòu)(2)設(shè)置在U型輛鐵(3)的中間,激勵線圈(1)、磁場 調(diào)整結(jié)構(gòu)(2)、U型輛鐵(3)與被測材料或結(jié)構(gòu)巧)形成連通磁路;第二部分是磁場測量模塊, 包括霍爾元件線陣(4)和感應(yīng)線圈(6);第Ξ部分是反饋控制模塊(7); 在U型勵磁磁路內(nèi)側(cè)的霍爾元件線陣(4),采用Ξ個相同型號的霍爾元件化Ih、化112、 Halb沿垂直于被測材料或結(jié)構(gòu)(5)表面方向上布置,W測量Ξ個高度位置的切向磁場強(qiáng) 度,分別記為化、此、曲;在霍爾元件線陣(4)所處范圍內(nèi),切向磁場強(qiáng)度出沿垂直距離Z方向 近似線性分布,利用Ξ個霍爾元件測量得到的切向磁場強(qiáng)度出及它們的位置坐標(biāo)Z,擬合得 到切向磁場強(qiáng)度與垂直高度坐標(biāo)間的直線方程Hx = f(Z),其中Z的取值范圍為[0,Zl]或[0, Zh],利用線性外推的方法計算出材料或結(jié)構(gòu)巧)表面(Z = 0)準(zhǔn)確的切向磁場強(qiáng)度出;為提高 線性外推法對表面切向磁場強(qiáng)度的測量精度,本方法設(shè)計了能夠降低垂直被測材料或結(jié)構(gòu) 表面方向的切向磁場強(qiáng)度梯度的磁場調(diào)整結(jié)構(gòu)(2);在U型勵磁磁路內(nèi)側(cè)放置磁場調(diào)整結(jié)構(gòu) (2) 后,切向磁場強(qiáng)度梯度降低且線性變化范圍擴(kuò)大,從Zl提高到了 Zh; 繞于被測材料或結(jié)構(gòu)(5)上的感應(yīng)線圈(6)的輸出電壓經(jīng)積分換算后,得到磁感應(yīng)強(qiáng)度 B,為實(shí)現(xiàn)飽和磁滯回線的精確測試,W磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值Bmax及表面切向磁場強(qiáng)度峰值差δ Hmax為控制變量,采用由數(shù)據(jù)采集卡、任意信號激勵板卡和基于LabVIEW平臺的控制軟件組 成的反饋控制模塊(7),通過迭代反饋,使磁感應(yīng)強(qiáng)度B和表面切向磁場強(qiáng)度Η兩路信號滿足 控制變量所設(shè)定的要求,提升開環(huán)磁路測試系統(tǒng)對飽和磁滯回線的精確測量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于線性外推的微磁探頭勵磁反饋控制方法,其特征在于:反 饋控制模塊(7)的反饋控制主要分兩個步驟進(jìn)行, 第一步,調(diào)整激勵電壓V溯a(t)來控制磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值Bmax達(dá)到要求值,具體迭代公式如 下所示:式中i-為迭代次數(shù) 化,。一第i階迭代時,被控制的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的要求最大幅值與真實(shí)幅值之間的差值, 其表達(dá)式為=錢-化。、,為要求的最大幅值,為第i次迭代時真實(shí)的幅值 kBmax-修正系數(shù),描述激勵電壓幅值相對于被控制的磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值的變化率,表達(dá)式 為 kBmax= 5Vmax/5Bmax 、一第i次迭代時激勵電壓的最大幅值 Kk-第i次迭代時的偏置電壓 循環(huán)終止條件是第i次迭代的胃I值滿足|苗瑞。i|<w巧是(其中m是根據(jù)具體要求人為 設(shè)定的常數(shù),常為0~10%,視具體誤差而定); 第二步,調(diào)節(jié)對稱性,切向磁場正負(fù)最大幅值的絕對值之差的一半|SHmax/2是判斷參 數(shù),其值若不為零,進(jìn)行迭代調(diào)節(jié)直到第i次滿足使巧胃,其中η是根據(jù)具體要 求人為設(shè)定的常數(shù),常為0~10% ; 滿足要求后,反饋控制調(diào)節(jié)結(jié)束。
      【文檔編號】G01R33/00GK105842635SQ201610162336
      【公開日】2016年8月10日
      【申請日】2016年3月21日
      【發(fā)明人】何存富, 張秀, 劉秀成, 王磊, 吳斌
      【申請人】北京工業(yè)大學(xué)
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