專利名稱：鐵磁材料磁滯回線的自動測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型的技術(shù)方案涉及鐵磁材料磁滯回線的測量，具體地說是鐵磁材料磁滯回線的自動測量裝置。
背景技術(shù)：
鐵磁性材料是一種性能特異和應(yīng)用廣泛的物質(zhì)。從常用的永久磁鐵、變壓器鐵芯到錄音、錄像、計算機(jī)存存儲用的磁帶和磁盤等都采用鐵磁性材料。在磁場中，鐵磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度的關(guān)系可用曲線來表示。當(dāng)磁化磁場作周期性變化時，鐵磁體中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度的關(guān)系是一條閉合線，這條閉合線叫做磁滯回線。磁滯回線和基本磁化曲是鐵磁材料分類和選用的主要依據(jù)，磁滯回線和基本磁化曲線反映了鐵磁性材料的主要特征，通過測量不同鐵磁性材料的磁滯回線和基本磁化曲線便可確定該材料的磁特性?，F(xiàn)有技術(shù)的鐵磁材料磁滯回線的測量裝置通常是以人工測量采集磁感應(yīng)強(qiáng)度及磁場強(qiáng)度，利用磁通計讀數(shù)得到相應(yīng)的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度，手動調(diào)節(jié)電流值的大小，利用換向開關(guān)實現(xiàn)磁滯回線的完整測量。此種裝置的測量精度較低，測量速度較慢，只能在其固定的較小測量范圍內(nèi)測量，且由于采樣信息量的局限性，難以實現(xiàn)磁滯回線的有效擬合。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是:提供鐵磁材料磁滯回線的自動測量裝置，是一種利用單片機(jī)控制自動實現(xiàn)提取環(huán)形鐵磁材料樣件的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度值，并通過單片機(jī)處理后傳輸?shù)絇C機(jī)上自動顯示磁滯回線的裝置，克服了現(xiàn)有的磁滯回線測量裝置由于人工參與因素大，導(dǎo)致測量不精確，只能在其固定的較小測量范圍內(nèi)測量，以及由于采樣信息量的局限性，難以實現(xiàn)磁滯回線的有效擬合的缺點。本實用新型解決該技術(shù)問題所采用 的技術(shù)方案是:鐵磁材料磁滯回線的自動測量裝置，包括樣件測量電路、電壓信號采集電路、芯片L298N、斬波調(diào)壓電路、電源電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、RS-485通信電路和PC機(jī)；其中，樣件測量電路與電壓信號采集電路、芯片L298N相連接，電壓信號采集電路與A/D轉(zhuǎn)換電路連接，斬波調(diào)壓電路與芯片L298N相連接，電源電路與電壓信號采集電路、芯片L298N、A/D轉(zhuǎn)換電路、斬波調(diào)壓電路以及單片機(jī)相連接，單片機(jī)分別與斬波調(diào)壓電路、電壓信號采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、芯片L298N相連接并實現(xiàn)對它們的控制，單片機(jī)通過RS-485通信電路與PC機(jī)連接。上述鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置，所述樣件測量電路，包括環(huán)形待測樣件、激磁繞組W、測試?yán)@組Wk、電阻R12、電阻R13和電容Cl，其中待測樣件環(huán)兩邊分別設(shè)有激磁繞組W以及測試?yán)@組Wk，激磁繞組W —端與芯片L289N的管腳4相連，激磁繞組W另一端與電阻R12 —端和電壓信號采樣電路共相連接，電阻R12另一端接地；測試?yán)@組Wk —端連接電阻R13 —端后并聯(lián)電容Cl，電容Cl 一端與電壓信號采樣電路相連接，電容Cl另一端接地。上述鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置，所述斬波調(diào)壓電路由電阻R14、電感L1、二極管DUM0SFET1管和直流電源El構(gòu)成，其中，直流電源El的負(fù)極(_)和二極管Dl的正極接地，El的正極(+ )與M0SFET1管的源極相連接，M0SFET1管的源極與M0SFET1管的柵極相連接，MOSFETI管的柵極與單片機(jī)的管腳P2.4相連接，MOSFETI管的漏極與二極管Dl的負(fù)極和電感LI的一端相連接，電感LI的另一端與電阻R14串聯(lián)后接芯片L289的管腳6。鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置，所述A/D轉(zhuǎn)換電路采用的是連續(xù)漸進(jìn)式ADC0809芯片，8路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為ΙΟΟμ S。上述鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置，所述芯片L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動芯片。上述鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置，所用單片機(jī)的型號是AT89C51。上述鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置，所述電壓信號采樣電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電源電路、單片機(jī)與RS-485通信電路均是公知技術(shù)。上述鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置，所述各個電路之間的連接方法是本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所掌握的，所有電路中所涉及元件及其連接方式均是本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知的，所用到的元器件和PC機(jī)都可以通過商購獲得。本實用新型的有益效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的突出的實質(zhì)性特點和顯著進(jìn)步如下:(I)本實用新型的裝置設(shè)置了芯片L289N，芯片L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動芯片，該芯片采用15腳封裝，主要特點工作電壓高，輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3Α，持續(xù)工作電流為2Α，額定功率25W，采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在本發(fā)明中通過使能端的控制實現(xiàn)電流的換向，具體操作方法為:通過單片機(jī)控制L298N電機(jī)驅(qū)動芯片INPUTl和INPUT2，當(dāng)INPUTl為高電平，INPUT2為低電平時，OUTPUT I為正，0U TP UT2為負(fù)；當(dāng)INPUTl為低電平，INPUT2為高電平時，OUTPUT I為負(fù)，0UTPUT2為正，從而實現(xiàn)電源正負(fù)極換向。在實驗過程中，利用單片機(jī)和斬波調(diào)壓電路控制芯片L289N實現(xiàn)電流值大小的改變和方向的變化，電壓信號采集電路采集激磁繞組端R12的電壓和測試?yán)@組端電容Cl的電
U N I1 R C
壓U1、U2，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)中，利用推導(dǎo)公式=計算出磁場強(qiáng)度
和磁感應(yīng)強(qiáng)度并通過單片機(jī)傳輸?shù)絇C機(jī)上實現(xiàn)磁滯回線的曲線擬合，使得原本需要人工操作的開關(guān)測量能夠?qū)崿F(xiàn)自動切換，能夠根據(jù)不同鐵磁性材料的特性選擇合適的測量方案。(2)所述A/D轉(zhuǎn)換電路采用的是連續(xù)漸進(jìn)式ADC0809芯片，8路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為ΙΟΟμ S，具有轉(zhuǎn)換速度快、分辨率高、價格低廉等優(yōu)點。(3)所述斬波調(diào)壓電路中，利用單片機(jī)控制MOSFET實現(xiàn)L289N輸出電壓大小的改變，從而實現(xiàn)電流值的改變。(4)本實用新型的裝置采取自動采樣并實時傳送數(shù)據(jù)，由PC機(jī)處理并輸出顯示，使得輸出結(jié)果的磁滯回線更準(zhǔn)確，克服了現(xiàn)有的磁滯回線測量裝置由于人工參與因素大，導(dǎo)致測量不精確，只能在其固定的較小測量范圍內(nèi)測量，以及由于采樣信息量的局限性，難以實現(xiàn)磁滯回線的有效擬合的缺點。[0019]在下面的具體實施方式
中將進(jìn)一步闡明本實用新型的突出的實質(zhì)性特點和顯著的進(jìn)步。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。

圖1是本實用新型鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置的構(gòu)成示意框圖。圖2是本實用新型鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置的樣件測量電路及斬波調(diào)壓電路不意圖。圖3是本實用新型鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置的電壓信號采集電路及A/D轉(zhuǎn)換電路意圖。圖4是本實用新型鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置的單片機(jī)與RS-485通信電路的連接圖。圖5是本實用新型鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置的主程序流程圖。
具體實施方式
圖1所示實施例表明，本實用新型鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置包括樣件測量電路、電壓信號采集電路、芯片L298N、斬波調(diào)壓電路、電源電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)AT89C51、RS-485通信電路和PC機(jī)；其中，樣件測量電路與電壓信號采集電路、芯片L298N相連接，電壓信號采集電路與A/D轉(zhuǎn)換電路連接，斬波調(diào)壓電路與芯片L298N相連接，電源電路與電壓信號采集電路、芯片L298N、A/D轉(zhuǎn)換電路、斬波調(diào)壓電路以及單片機(jī)AT89C51相連接，單片機(jī)AT89C51分別與斬波調(diào)壓電路、電壓信號采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、芯片L298N相連接并實現(xiàn)對它們的控制，單片機(jī)AT89C51通過RS-485通信電路與PC機(jī)連接。
·[0027]圖2所示實施例表明，本實用新型鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置的樣件測量電路包括環(huán)形待測樣件、激磁繞組W、測試?yán)@組Wk、電阻R12、電阻R13和電容Cl，其中待測樣件環(huán)兩邊分別設(shè)有激磁繞組W以及測試?yán)@組Wk，激磁繞組W —端與芯片L289N的管腳4相連，激磁繞組W另一端與電阻R12 —端和電壓信號采樣電路共相連接，電阻R12另一端接地；測試?yán)@組Wk —端連接電阻R13 —端后并聯(lián)電容Cl，電容Cl 一端與電壓信號采樣電路相連接，電容Cl另一端接地。圖2所示實施例表明，本實用新型鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置的斬波調(diào)壓電路由電阻R14、電感L1、二極管DUM0SFET1管和直流電源El構(gòu)成，其中，直流電源El的負(fù)極㈠和二極管Dl的正極接地，El的正極⑴與M0SFET1管的源極相連接，MOSFETI管的源極與M0SFET1管的柵極相連接，M0SFET1管的柵極與單片機(jī)的管腳P2.4相連接，M0SFET1管的漏極與二極管Dl的負(fù)極和電感LI的一端相連接，電感LI的另一端與電阻R14串聯(lián)后接芯片L289的管腳6，利用單片機(jī)AT89C51控制M0SFET1實現(xiàn)芯片L289N輸出電壓大小的改變，從而實現(xiàn)電流值的改變。圖2中的芯片L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓和大電流電機(jī)驅(qū)動芯片，該芯片采用15腳封裝，其特點是工作電壓高，輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A，額定功率25W，芯片L298N采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制，具有兩個使能控制端，在本實用新型裝置中通過使能端的控制實現(xiàn)電流的換向，具體操作方法為:通過單片機(jī)AT89C51控制芯片L298N中的電機(jī)驅(qū)動芯片INPUTl和電機(jī)驅(qū)動芯片INPUT2，當(dāng)電機(jī)驅(qū)動芯片INPUTl為高電平和電機(jī)驅(qū)動芯片INPUT2為低電平時，芯片L298N的0UTPUT1為正，芯片L298N的0UTPUT2為負(fù)；當(dāng)電機(jī)驅(qū)動芯片INPUTl為低電平和電機(jī)驅(qū)動芯片INPUT2為高電平時，芯片L298N的0UTPUT1為負(fù)，芯片L298N的0UTPUT2為正，從而實現(xiàn)電源正負(fù)極換向。圖3所示實施例表明，本實用新型鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置的電壓信號采樣電路和A/D轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成。圖3中的電壓信號采樣電路采用兩個LF398放大器芯片，第一個LF398A的管腳I接+15V電壓，LF398A的管腳2經(jīng)IK的滑動變阻R16接電阻R15接地，LF398A的管腳3接樣品測試電路的電阻R12的一端,實現(xiàn)電壓米樣信號的輸入，LF398A的管腳4接-15V電壓，LF398A的管腳5為輸出接A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，LF398A的管腳6經(jīng)電容C2與LF398A的管腳7相連接，LF398A的管腳8與單片機(jī)89C51的P2.64引腳相連接；第二個LF398B的管腳I接+15V電壓，LF398B的管腳2經(jīng)IK的滑動變阻R18接電阻R17接地，LF398B的管腳3接樣品測試電路的電容Cl的一端,實現(xiàn)電壓米樣信號的輸入,LF398B的管腳4接-15V電壓，LF398B的管腳5為輸出接A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，LF398B的管腳6經(jīng)電容C2與管腳7相連接，LF398B的管腳8與單片機(jī)89C51的P2.7引腳相連接。圖3中的A/D轉(zhuǎn)換電路，采用的是連續(xù)漸進(jìn)式ADC0809芯片，8路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為100 μ S，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出管腳DO D7分別接AT89C51的Pl.0 Pl.7管腳。圖4所示實施例表明，在本實用新型鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置的單片機(jī)AT89C51與RS-485通信電路的連接構(gòu)成中，主處理芯片采用AT89C51單片機(jī)，是本實用新型磁滯回線自動測量裝置的核心部分，主處理芯片內(nèi)集成有內(nèi)置隨機(jī)存儲器RAM和只讀存儲器R0M，其中，ROM用于存儲程序軟件；RAM用于存儲近階段的測量數(shù)據(jù)，以便于用戶查詢，對電壓峰值的異常波動及時做出反映，該功能對電力系統(tǒng)和工業(yè)生產(chǎn)過程的監(jiān)測十分重要；AT89C51單片機(jī)自帶異步通信接口和外接RS485收發(fā)器75LBC184，在AT89C51單片機(jī)自帶異步通信接口與外接RS485收發(fā)器75LBC184之間采用3片光耦進(jìn)行電氣隔離，所述RS-485通信電路采用RS485芯片，采用`數(shù)據(jù)信號差分傳輸方式，所述外接RS485收發(fā)器75LBC184的電源電壓范圍為4.75V到5.25V，傳輸數(shù)據(jù)率為250Kbps，利用所述RS-485通信電路將AT89C51單片機(jī)采集處理后的磁場強(qiáng)度H以及磁感應(yīng)強(qiáng)度B傳輸?shù)絇C機(jī)中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)擬合以及磁滯回線的顯示，該電路是現(xiàn)有技術(shù)。圖5所示實施例表明，本實用新型鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置的主程序流程是:初始化一去磁一磁鍛煉一調(diào)用B1、Hi測量子程序一調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送子程序一上位機(jī)數(shù)據(jù)擬合顯示曲線一結(jié)束。實施例1按圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示實施例，構(gòu)成本實施例的鐵磁材料磁滯回線自動測量裝置，其中所用單片機(jī)的型號是AT89C51，A/D轉(zhuǎn)換電路采用的是連續(xù)漸進(jìn)式ADC0809芯片，8路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為100 μ S，所測樣件為環(huán)形鐵磁物件，橫截面積S=120平方毫米，按磁滯回線測試主回路接線，將150匝的勵磁繞組W以及50匝的測量繞組Wk固定在測試樣件的兩側(cè)，平均磁路L=75毫米。[0037]測試開始，接通電源。首先，單片機(jī)根據(jù)用戶要求的精度設(shè)定采樣點，假設(shè)7個點作為測試點，則相應(yīng)的磁化電流為Im，I1, I2,0, -12, -11及-1m，此7個電流值相應(yīng)的磁化電壓值可通過單片機(jī)控制斬波調(diào)壓電路對芯片L289N的輸出進(jìn)行改變得到，利用斬波調(diào)壓電路調(diào)節(jié)芯片LF289N產(chǎn)生的電壓Ul大小，采樣電壓，計算U1/R1，使Im=IA,進(jìn)行磁鍛煉，設(shè)置芯片L289N的使能端EA=I, INl=I, IN2=0，判斷單片機(jī)是否發(fā)出換向信號，若發(fā)出信號則IN1=0，IN2=1進(jìn)行取反，采樣電壓信號并計算B和H在PC機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，直至磁滯回線能成為一對稱磁化曲線開始測量。單片機(jī)AT89C51發(fā)出信號控制芯片L289N發(fā)出的電壓值變化，采樣電壓信號U1，計算電流值是否符合預(yù)先設(shè)定的電流值Ii，每采樣存儲一次隨后電壓值便產(chǎn)生相應(yīng)的變化，同時當(dāng)電流需要換向時控制芯片LF289的管腳4、5取反，分別采樣當(dāng)電流從Im — I1,I1 — I2, I2 — 0，0 — -12, -12 — -11, -11 — -1m，各個時刻的電壓值Ul、U2，并輸入到單片機(jī)
AT89C51中進(jìn)行存儲，由單片機(jī)AT89C51根據(jù)公式式
權(quán)利要求1.鐵磁材料磁滯回線的自動測量裝置，其特征在于:包括樣件測量電路、電壓信號采集電路、芯片L298N、斬波調(diào)壓電路、電源電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、RS-485通信電路和PC機(jī)；其中，樣件測量電路與電壓信號采集電路、芯片L298N相連接，電壓信號采集電路與A/D轉(zhuǎn)換電路連接，斬波調(diào)壓電路與芯片L298N相連接，電源電路與電壓信號采集電路、芯片L298N、A/D轉(zhuǎn)換電路、斬波調(diào)壓電路以及單片機(jī)相連接，單片機(jī)分別與斬波調(diào)壓電路、電壓信號采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、芯片L298N相連接并實現(xiàn)對它們的控制，單片機(jī)通過RS-485通信電路與PC機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說鐵磁材料磁滯回線的自動測量裝置，其特征在于:所述樣件測量電路，包括環(huán)形待測樣件、激磁繞組W、測試?yán)@組Wk、電阻R12、電阻R13和電容Cl，其中待測樣件環(huán)兩邊分別設(shè)有激磁繞組W以及測試?yán)@組Wk，激磁繞組W —端與芯片L289N的管腳4相連，激磁繞組W另一端與電阻R12 —端和電壓信號采樣電路共相連接，電阻R12另一端接地；測試?yán)@組Wk—端連接電阻R13 —端后并聯(lián)電容Cl，電容Cl 一端與電壓信號采樣電路相連接，電容Cl另一端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說鐵磁材料磁滯回線的自動測量裝置，其特征在于:所述斬波調(diào)壓電路由電阻R14、電感L1、二極管D1、MOSFETI管和直流電源EI構(gòu)成，其中，直流電源EI的負(fù)極(_)和二極管Dl的正極接地，El的正極(+ )與M0SFET1管的源極相連接，M0SFET1管的源極與M0SFET1管的柵極相連接，M0SFET1管的柵極與單片機(jī)的管腳P2.4相連接，M0SFET1管的漏極與二極管Dl的負(fù)極和電感LI的一端相連接，電感LI的另一端與電阻R14串聯(lián)后接芯片L289的管腳6。
4.根據(jù)權(quán)利 要求1所說鐵磁材料磁滯回線的自動測量裝置，其特征在于:所述A/D轉(zhuǎn)換電路采用的是連續(xù)漸進(jìn)式ADC0809芯片，8路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為ΙΟΟμ S。
專利摘要本實用新型鐵磁材料磁滯回線的自動測量裝置，涉及鐵磁材料磁滯回線的測量，包括樣件測量電路、電壓信號采集電路、芯片L298N、斬波調(diào)壓電路、電源電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、RS-485通信電路和PC機(jī)；其中樣件測量電路與電壓信號采集電路、芯片L298N連接，電壓信號采集電路與A/D轉(zhuǎn)換電路連接，斬波調(diào)壓電路與芯片L298N連接，電源電路與電壓信號采集電路、芯片L298N、A/D轉(zhuǎn)換電路、斬波調(diào)壓電路和單片機(jī)連接，單片機(jī)分別與斬波調(diào)壓電路、電壓信號采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、芯片L298N連接并實現(xiàn)對它們的控制，單片機(jī)通過RS-485通信電路與PC機(jī)連接；其測量精確范圍寬，實現(xiàn)了磁滯回線的曲線擬合。
文檔編號G01R33/14GK203101609SQ20132010298
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月7日
發(fā)明者呂殿利, 黃珊珊, 張惠娟, 楊艷華, 李玲玲, 客黨星, 艾子豪, 曹思宇, 侯新靜, 王天宇 申請人:河北工業(yè)大學(xué)