[发明专利]一种球形材料结构三维动态磁特性的测量系统

说明书

本发明为一种球形材料结构三维动态磁特性的测量系统，该系统包括：环形磁轭、激磁线圈、球形材料结构磁特性传感器、球形材料保护外壳和数据放大电路；所述的环形磁轭包括均为半圆形的公头磁轭和母头磁轭，通过环形磁轭连接件相连，公头和母头端面平行；每个环形磁轭的极头端各套有一个激磁线圈，组成一个一维激磁结构；每个环形磁轭的两个极头均夹持在球形材料保护外壳的两端，两个极头中心点的连线通过球形材料保护外壳的中心，构成一维激磁结构；三个环形磁轭的极头连线彼此垂直，构成在三维激磁架构；本发明可以消除边缘效应，测量空间上任意一个方向上的磁特性。

技术领域：

本发明主要为球形材料结构的三维动态磁特性测试提供一种新型测量系统，实现对磁性材料三维磁特性的精确测量。

背景技术：

目前磁性材料的测量主要是采用环状、片状或立方体结构进行测量，环状结构主要用于一维磁特性测量，片状样品主要用于二维磁特性测量，立方体结构主要用于三维磁特性测量，但上述三种结构形状均与实际应用过程中相差较远。为解决这个问题，设计制造一种球形形状的磁性材料的测量系统是提高测量精度、模拟工程实际的迫切要求。

现有的一维磁特性测量，如磁环法，是将被测材料制成一个环状结构，将其作为变压器铁芯，缠上线圈作为原边和副边，按照变压器原理进行测特性测量。由于在实际工况中很少存在这种工作情况，因此此方法并不能模拟实际工况。

传统的二维和三维磁特性测量通常采用片状结构和立方体结构进行测量。在二维磁特性测量中，被测材料先被加工成正方形片状结构，再将材料放置于磁极头的气隙中磁化，在片状结构的表面上放置两个互相垂直的测量磁场强度的H线圈，在两组H线圈的四周放置了两组互相垂直的测量磁通密度的B探针。在三维磁特性测量中，被测材料被加工成立方体结构，在立方体结构的六个表面上放置六组B-H传感线圈，每组B-H线圈包含一个测量测通密度的B线圈和一个测量磁场强度的H线圈。传感线圈和探针必须置于材料表面的中心区域。但是由于退磁作用和边缘效应，在二维片状结构和三维立方体材料结构的棱角处的磁特性并不与中心的测特性相同，且磁性材料长期工作在三维磁场中时，并不会出现明显的棱角，例如E型变压器中心连接处。由于实际工况下材料是连续的，并不存在边缘效应，故用立方体结构去模拟实际工况时，有效的中心区域面积很小，因此传感线圈要做的尽量小且要摆在立方体表面正中心，这就会引入较大的误差，且所测数据的数量等级很小，容易引入其他干扰信号，造成测量误差。

由于正方形片状材料和立方体材料结构表面均不是连续的，因此会存在边缘效应，即材料结构棱角处的磁特性与中心部分不一样，并且边缘效应会影响材料结构表面可测量的中心区域面积。此外，磁性材料在实际工况中所处的磁场并不一定只有正交坐标系的x、y、z三个轴向方向，且在测量时并不应该局限于轴向方向，而应该是测量任意一个方向上的磁特性，则被测材料应当采用球坐标系。但由于目前国内外课题组从未开展球形材料结构形状的三维磁特性测量，同时因为适用于球形材料结构的磁特性传感器较难设计，所以目前并没有球形材料结构及其测量装置。

发明内容

本发明目的是为了克服上述已有测量技术的缺点，提出了一种球形材料结构三维动态磁特性的测量系统。该装置将材料部件的结构形状从立方体变为球体，配合柔性磁特性传感器。与目前测试三维磁特性的装置相比，本发明可以消除边缘效应，测量空间上任意一个方向上的磁特性。本专利就是为解决这两个问题提出的，同时也是与我们课题组现有三维设备最重要的两个不同点。

本发明的技术方案为：

一种球形材料结构三维动态磁特性的测量系统，该系统包括：环形磁轭、激磁线圈、球形材料结构磁特性传感器、球形材料保护外壳和数据放大电路；

所述的环形磁轭包括均为半圆形的公头磁轭和母头磁轭，公头磁轭的一端是极头，另一端是公头；母头磁轭的一段是极头，另一端是母头；公头磁轭上的公头和母头磁轭上的母头通过环形磁轭连接件相连，公头和母头端面平行；

所述的激磁线圈由激磁线圈骨架及线圈构成；线圈缠绕在线圈骨架支撑柱上；