静态磁特性参数的测量研究

第１８卷　第５期　Ｖ０１．１８　Ｎｏ．５　电子设计工程　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｅｎｇｉ　２０１０年５月　Ｍａｙ．２０１０　静态磁特性参数的测量研究　杜永苹’．李锋　（１．西安航空技术高等专科学校电气工程系，陕西西安７１００７７；２．英飞凌科技西安有限公司陕西西安７１００７５）　摘要：在原有冲击检流计测量静态磁参数的基础上进行了研究，设计了数字式静态磁性参数测量系统。该系统采用单　片机和电子技术实现硬件测量电路和软件系统设计，由模拟信号转换为数字信号，并通过数码管显示。实验表明，该　测量系统能够测量磁性材料的磁参数，与模拟式冲击检流计相比，精度和分辨率可达ｌ％和０．０００　１，不仅满足磁性材　料质量检测，而还可应用于实验教学。　关键词：磁化曲线；数字式冲击检流计；单片机　中图分类号：ＴＭ９３０．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—６２３６（２０１０）０５—０１２０－－０２　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｓｔａｔｉｃ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ＤＵ　Ｙｏｎｇ－ｐｉｎｇ’，ＬＩ　Ｆｅｎｇ２　（１．Ｅｌｅｃｔｒｉｃｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ＂ａｎ　Ａｖｉａｔｍｎ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉ’ａｎ　７１００７７，Ｃｈｉｎａ；　２．１ｎｉｆｅｏｎｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　Ｘｉ’ｔｌｌｔ　Ｃｏ，Ｌｆｄ．，Ｘｉ’锄７１００７５，Ｃｈｉａ）ｎ　・Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｉｍｐａｃｔ　ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　Ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｈｅ　ａｎａｌｏｇ　ｉｍｐａｃｔ　ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ，ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃａｎ　ｃｈａｎｇｅ　ｔｈｅ　ａｎａｌｏｇｙ　ｓｉｇｎａｌ　ｉｎｔｏ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ，ａｎｄ　ｄｉｓｐｌａｙ　ｉｎｔｏ　ｄｉｇｉｔｌ　ｔｕｂｅ．Ｔｈｅ　ｔａｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｎａｌｏｇｕｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ，ｉｔｓ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ａｎｄ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｉｓ　ｕｐ　ｔｏ　１％ａｎｄ　Ｏ．０００１．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ　ｅｕｒ　ｅ：ｄｉｇｉｔａｌ　ｉｍｐａｃｔ　ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ；ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　磁性材料的种类繁多、性能各异，磁性材料的磁特性测量　成为相关领域面临的重要问题之一。软磁材料的静态磁特性测　量方法主要有冲击法、矫顽力计法等；虽然冲击法简单。但测试　速度慢；随着电子技术和单片机技术的不断发展，使得数据采　集、自动化测试技术飞速发展。本文根据传统冲击法测量的基　本原理，利用单片机技术，设计了软磁材料磁性测量系统，实现　了对软磁材料磁性的测量，其测量简单，提高了测量精度。　试样＾　１基本测量原理　冲击法是测量静态磁特性参数的一个重要方法，其基本　原理如图ｌ所示。它包括试样Ａ为环形样品、磁化电路、测量　电路和常数校准电路４部分。磁化电路由磁化线圈Ⅳ　及电　阻Ｒｌ、Ｒ２、电源　和开关Ｓ．、Ｓ２、Ｓ３（Ｓ　，Ｓ：为换向开关）组成。测　图１　冲击法攫９量静态磁特性的原理幽　调节Ｒｌ、Ｒ：，建立起比较小的磁场Ｈ。，然后利用开关Ｓ２，　将磁化电流改变若干次（６—８次）进行磁锻炼，再进行测量。测　量时将电流的方向急剧地改变．同时读取检流计的第一次最　大偏转角　。，便可测定相应的磁通改变量，即　△　（１）　量电路，包括测量线圈Ⅳ２、冲击检流计Ｇ、限流电阻Ｒ　和保　护开关ｓ４等。常数校准电路包括标准互感器Ｍ、冲击检流计　Ｇ以及电源电路Ⅲ。　当样品的宽度比环的半径小得多（为击～　１），那么可认　为环内的磁通分布是均匀的。便可求得磁感应强度的改变　址　（２）　传统的冲击法测量中，须利用标准互感器测定冲击常数　，对磁性材料进行退磁，退磁采用直流换向退磁，反复改变　电流方向，同时，使电流逐渐减小，直到为零。　收稿Ｅｌ期：２００９—１１－１０　稿件编号：２００９１１０２７　式中，　为冲击常数，它由标准互感器预先测定，　为测量线　作者简介：杜永苹（１９８ｏ＿－），女，青海乐都人，助教。研究方向：测试计量技术。　一ｌ２０—　杜永苹，等圈匝数，Ｓ为试样截面面积。　静态磁特性参数的测量研究　则通过式（８）～式（１０）得　Ｒ－－－．Ｍ　／ｏ一　环形样品的磁场强度的平均值可以根据安培表的读数获得。　＾，ｒ　（１１）　＝　Ｕ　（３）　在测量过程中保持不变。　为标准互感器的互感常　式中，Ｄ为环形试样平均直径Ｄｌ。　实验中，冲击检流计的指针发生偏转是要求必须及时、　数，，０为标准互感器工作电流。所以将式（１１）代入式（７）得磁　感应强度　为　准确的读取数据，但指针式仪表在读数时会产生视觉误差，　Ｂ＝　ＭＩｏＱ＝　　（１２）　因此提出将冲击检流计数字化，消除读数误差。并且自动保　持数据显示直到下次测量数据到来。此方法简便、快速、准　式（１２）为改进后的公式，可以看出数字式冲击检流计测　确。因此，利用单片机技术，对冲击检流计进行数字化改进。　量中。不需测量冲击常数。　２数字式冲击检流计测量基本原理　３测量结果及数据分析　改进后的数字式冲击检流计无法测出冲击常数．为避开　３．１测量结果　测定冲击常数这一项，对测量方法进行改进。图２为数字式　经过测试，其测量结果可以看出，当励磁流电流逐渐增大，　冲击检流计测量原理图。　开关的状态由闭合到断开，测得电荷量值的变化。例如：当励磁电　试样＾　流为４ｍＡ时。开关由闭合到断开过程中，所测得的电荷量从一　２１．４　ｎＣ变化为２１．９　ｎＣ；而当励磁电流为１００　ｍＡ时，开关由闭合　Ⅳ　到断开过程中。所测得的电荷量从４１０　ｎＣ变化为４１３Ａ　ｎＣ。　３．２数据处理　专　刻　冲击检流计的内阻、环行样品的电阻及标准互感器次级　线圈的电阻等也可通过万用表测得其总电阻值为６．７　ｋｌｌ。环　形样品磁感应强度　＝　２＂ｎＲ，磁场强度日＝丽Ｎｔｌ。其中，ｋｔ＝　图２数字式冲击检流计测量原理图　３．９８为环行样品的磁导率，Ｒ＝８　ｍｍ为环行样品的平均半径。　图２中，标准互感器的互感系数为０．１　Ｈ，环行形样品ⅣＩ　的匝数为１２０匝・，Ⅳ２为４０匝；Ｓ２闭合，开关Ｓ。接通环形样品　利用测量公式　器＝罟　可求得ⅣＩ通过不同的　激励电流时所产生的磁感应强度。以　为横坐标、　为纵坐　时，若Ｊ７、ｒ。通过的电流强度为，，则在线圈Ⅳ２产生感应电动　标可画出磁化曲线１６１。如图３所示。　势，此信号送入数字式冲击检流计进行数据处理　，并且将检　流计所迁移的电量送人显示电路显示，就可求出磁感应强度　。理论推导如下：　ｅ＝粤　（４）　ｉ＝ｅＲ＝　（５）　Ｑ　一　一　ｃ６　则通过式（４）～式（６），得到　一　（７）　图３磁化曲线　式中，　为副边匝数，．ｓ为样品有效截面积，Ｒ电阻包括冲击　通过磁化曲线可以得出磁场强度从０增加，样品的磁感　检流计的内阻、环行样品的电阻及标准互感器次级线圈的电　应强度随之从０增加，每个日值的磁化下都对应了一个　阻屁的测量可通过万用表测得或利用公式计算。　值。并且当励磁电流达到５００　ｍＡ时，磁感应强度几乎不变，　若断开环行样品，Ｓ。接标准互感器，使互感器的初级线圈　可认为样品材料内部的磁场达到了饱和值。　通过电流，．则产生的感应电动势为　ｅ＝誓　（８）４结论　通过实验可知，利用数字式冲击检流计测静态磁特性操　ｄ￣＝Ｍｄ／，，－睾　（９）　作方便、读数省事，并且测得的数据可以停留在显示屏上一段　时间，在实验操作过程中减少了人为因素，测量精度较高。　一　ｆ１０１　（下转第１２４页）　一１２ｌ一　《电子设计工程）２０１０年第５期　测结果表明ＬＯＧ１００有较强的噪声抑制能力．在弱光检测中　【５】ＴＩ／ＢＵＲＲ－ＢＲＯＷＮ公司．ＬＯＧ１００资料［ＥＢ／ＯＬ］．（２０００－０９－　２７）［２ＯＯ９—１２—０１１．ｈｔｔｐ：／／ｆｏｃｕｓ．ｔｉ．ｃｏｍ／ｌｉｔ／ｄｓ／ｓｙｍｌｉｎｋ／ｌｏｇ１Ｏ０．　ｐｄＬ　可作为前置放大电路。但当输入信号逐渐减弱时，噪声抑制　能力也较弱．不适宜使用在微弱光信号检测中。　参考文献：　【６】ＴＩ／ＢＵＲＲ—ＢＲＯＷＮ公司．ＬＯＧ１０１　Ｄａｔａｓｈｅｅｌ［ＥＢ／ＯＬ］．（２ＯＯ４－Ｏ６－　１０）［２００９－１２－０１１．ｈｔｔｐ：／／ｆｏｃｕｓ．ｔｉ．ｃｏｍ／ｌｉｔ／ｄｓ／ｓｙｍｌｉｎｋ／ｌｏｇｌ０１．ｐｄｆ．　【７】１３／ＢＵＲＲ－ＢＲＯＷＮ公司．ＬＯＧ１４　０ＤａｔａｓｈｅｅｌｌＥＢ／ＯＬｌ（２００５－０４－　０４）［２００９－１２－－０１］．ｈｔｔｐ＇．／／ｆｏｃｕｓ．ｔｉ．ｃｏｍ／ｌｉｌ／ｄｓ／ｓｙｍｈｎｋ／ｌｏｇ１０４．ｐｄｆ．　【１】罗鹏，丁亚生．对数放大器的原理与应用（上）【Ｊ】．电子产品　世界，２００５（０４Ａ）：ｌ２７—１２８．　Ｉ２］杨家桂，钟跃明．基于对数比率放大电路的光功率测量【Ｊ】．　电先与控制，２００６，１３（１）：１ｌ０一ｌ１２．　【８】ＴＩ／ＢＵＲＲ－ＢＲＯＷＮ公司．ＯＰＡｌ　ｌ１　Ｄａｔａｓｈｅｅｔ【ＥＢ／ＯＬＩ．（２ＯＯＯ－　０９－２７）［２００９－１２－０１］．ｈｔｔｐ＂Ｊ／ｆｏｃｕｓ．ｔｉ．ｃｏｍ／ｌｉｔ／ｄｓ／ｓｙｍｌｉｎｋ／ｏｐａ１　ｌ１．　ｐｄＬ　【３】刘彬，张秋婵．光电检测前置放大电路的设计［Ｊ］．燕山大学　学报，２００３，２７（３）：１９３—１９６．　【４］翟俊祥．ＬＯＧＩＯ０精密对数放大电路［Ｊ］．电子设计工程，　２Ｏ０ｏ（２）：１５—１６．　【９】张洁，崔晓娟，武建红，等．黑体式光电高温计调理电路设　计【Ｊ】．计测技术，２００７，２（４）：６１—６４．　※※※桊桊※※※※※※※※※※※※桊※※※※※※※※※※柒※※．※※※※※※※※※※※．※※※　（上接第１２１页）　参考文献：　【１】周世昌．磁性测量【Ｍ】．北京：电子工业出版社，１９９４：５１－６１．　［４］李勋．单片机实用教程呷北京：北京航空航天出版社，２０００：　４０－１００．　ｆ２】王易真．实用磁路设计［Ｍ】．北京：国防工业出版社，２００８：　１０—５０．　［５】张志东．大学物理实验【Ｍ】．北京：科学出版社，２００７：１５７一　ｌ６０．　［３】庄建红．虚拟仪器技术的软磁材料动态磁性测量系统［Ｊ】．北　京：杌械工业学院学报，２００７（９）：３０～３１．　【６】梅志红．Ｍａｆｌａｂ程序设计基础及应用【Ｍ】．北京：清华大学出　版社．２０ｏ５：１２１－１５０．　音频／视频时钟发生器ＬＭＨ１　９８３　美国国家半导体公司（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）推出一款适用于专业应用和广播视频设备的全新三速（３Ｇ／ＨＤ／　ＳＤ）音频，视频时钟发生器。在应用这类视频设备时无需加设外部时钟进行调整。这款型号为ＬＭＨ１９８３的时钟发生器可为多种　不同应用提供必要的视频和音频参考时钟。此外，该款高度集成的芯片输出抖动达到业界最低，仅为４０　ｐｓ（峰峰值），因此只　要采用ＦＰＧＡ串行，解串器便可在应用中达到电影电视工程师协会（ＳＭＰＴＥ）的标准。　采用ＬＭＨ１９８３可替代３个外置的锁相环（ＰＬＬ）、压控晶体振荡器（ＶＣＸＯ）和环路滤波器。可以精筒系统设计，节省　物料成本并缩小电路板。ＬＭＨ１９８３的特点是可以产生４个同步的低电压差分信号传输（ＬＶＤＳ）时钟。为系统提供专用的　帧首定时脉冲，同时只需为ＦＰＧＡ设置极少参数．是一个“即插即用”的解决方案。采用ＬＭＨ１９８３能够节省锁相环的微调　时间，从而加快产品上市进程，在这比采用分立式视频，音频时钟发生器的方案优胜。ＬＭＨ１９８３支持ＳＭＩｙ１［’Ｅ串行数字接　口（ＳＤＩ）视频标准和ＡＥＳ３／ＥＢＵ数字音频标准，这些均是１　０８０　Ｐ的高清（ＨＤ）摄像机以及视频捕捉、转换、处理、编辑和　分配设备普遍采用的标准。　以视频处理和格式转换器插件为例．ＬＭＨ１９８３时钟发生器可以同时为新一代的ＦＰＧＡ提供所需的ＳＭＰ１［’Ｅ　４２４Ｍ系统时　钟（１４８．５　ＭＨｚ和１４８．５／１．０ｏｌ　ＭＨｚ）。一般的播音室都必须将视频设备“同步锁定”，而ＬＭＨ１９８３则可为这些设备提供同步的高　频时钟，而这一时钟的数字像素速率则按照参考视频信号中的水平和垂直定时信号相位加以锁定。由于部分视频需要嵌入音　频信号或将音频信号从中剔除，ＬＭＨ１９８３可为这类应用提供锁定到视频参考信号的同步音频和视频时钟。　ＬＭＨ１９８３采用两级的锁相环架构。内置４个锁相环及３个压控振荡器。全部集成在４０引脚的ＬＬＰ封装之内。该款器件可　以利用多种不同的兼容参考信号，如美国国家半导体ＬＭＨ１９８１视频同步分离器输出的水平，垂直同步信号、来自ＳＤＩ串流信　号或２７　ＭＨｚ时钟源，产生同步的标清（ＳＤ）视频、高清视频（２倍）和音频等３种时钟。ＬＭＨ１９８３还有许多其他的功能。例如自　动输入格式检测、防止参考信号遗失的数字频率保存技术、简易设置不同音频，视频输出格式以及同步锁定或进入数字自由运　行模式。　ＬＭＨ１９８３可以辨别各大视频标准的ＨＶＦ同步信号以及２７　ＭＨｚ、１０　ＭＨｚ和３２１４４．１／４８／９６　ｋＨｚ等音频字时钟。此外．这款　器件还设有Ｉ２Ｃ兼容总线接口，以便设置器件的寄存器和读取器件的状态参数。ＬＭＨ１９８３采用３．３　Ｖ的电源供应。能源效率极　高。此外，内置的每一锁相环都可进行独立开／关，以便节省系统的耗电。　咨询编号：２０１０ｏ５１０１３　－１２４－