應(yīng)用領(lǐng)域： 非晶，納米晶及其它軟磁材料性能測量 挑 戰(zhàn)： 使用NI 的虛擬儀器枝術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品研制出可以進行動態(tài)磁特性測的測試設(shè)備，使得原來昂貴的設(shè)備投資得以大幅度降低，且能獲得十多項測試結(jié)果，使國內(nèi)軟磁材料的測量現(xiàn)狀得以迅速改變。 應(yīng)用方案： ①采用波形記憶法進行快速測量。 ② 采用NI公司的LabVIEW設(shè)計軟件進行虛擬儀器的面板和程序設(shè)計。 ③ 采用NI公司的NI5102 示波器卡進行數(shù)據(jù)采集。 使用產(chǎn)品： NI5102 示波卡，（帶寬20M，8 位精度） 及功能齊全的LabVIEW 軟件 介 紹： 軟磁產(chǎn)品的特性測試項目很多，一般單臺儀器很難完成眾多的測試，否則儀器造價非常昂貴，一般生產(chǎn)廠家，普通生產(chǎn)車間和質(zhì)量檢驗部門很難用得起高達(dá)6-7 萬美金的設(shè)備，只能使用簡單的電感測試儀來檢測產(chǎn)品，不能全面的評估產(chǎn)品，無法提供全面的設(shè)計參數(shù)，制約著新一代磁性材料——非晶、納米晶磁性材料的產(chǎn)發(fā)展。 隨著計算機技術(shù)及由此而產(chǎn)生的虛擬儀器枝術(shù)，一種功能強大的LabVIEW 圖形化編程軟件問世及應(yīng)用，使得一臺儀器只須信號傳感、轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)采集裝置外，其他部分都可以在計算的屏幕上造出來，滿足你的各種需要。這無疑大大降低了儀器造價，增加儀器的功能，“交流B-H曲線測試儀”就是沿著這種思路實現(xiàn)的。 ㈠ 原理、特點、性能 交流B-H 測試儀是基於虛擬枝術(shù)觀念而開發(fā)出來的軟磁材料交流動態(tài)特性測試設(shè)備。它的基本原理是電磁定義，在磁芯上繞制初級次級線圈，對初級線圈施加電流使之產(chǎn)生磁場H，同時測量次級線圈電壓，將其換算成磁感應(yīng)強度B，再求出它們之間的各種關(guān)系，這些關(guān)系反映出該被測磁芯的各種性能。 原理方框圖如下： [align=center][IMG=原理框圖]/uploadpic/tech/2007/8/2007080110131444087Y.jpg[/IMG] 原理框圖[/align] 從原理框圖可知它結(jié)構(gòu)很簡單，方波信號源及功率放大是用來激勵磁芯，數(shù)椐采集是采集被激勵的信號，虛擬儀器就是將采集到的信號進行分析計算最后輸出各種結(jié)果。 ⒈ 特點： ⑴ 采用國際標(biāo)準(zhǔn)IEC62044-3 所推薦的波形記憶法，因為僅須一個周期的信號這樣就可對磁芯進行快速測量，以免發(fā)熱影響測試結(jié)果。 ⑵ 采用方波作信號源更符合應(yīng)用實際。 ⑶ 單線圈測量對樣品制作更簡單。 ⑷ 在施加信號的過程中能實時獲得所施的磁場強度H 和磁感應(yīng)強度B。 ⑸ 儀器設(shè)有標(biāo)定功能，可根椐標(biāo)準(zhǔn)樣品對最大磁感應(yīng)強度Bm和矯頑力HC 及功耗進行標(biāo)定。 ⑹ 不僅輸出‘波形測量法’的結(jié)果也給出‘矢量測量法’的結(jié)果。 ⑺ 給出磁滯迴線垂直程度垂直角參數(shù)，以便直觀判別磁放大器的關(guān)斷性能。 ⑻ 虛擬儀器的屏幕對象友好，人機對話充分。 ⑼一旦儀器出現(xiàn)故障可在錯誤公告欄中公告出錯信息。 ⒉ 儀器的基本性能指標(biāo) ⑴ 信號源：220v交流輸入，200w，方波，頻率從10Khz 到150Khz連續(xù)可調(diào)，信號峰-峰電壓從5v到110v 連續(xù)可調(diào)。 ⑵ 數(shù)椐采集卡：采用美國NI公司原裝進口，NI 5120 卡，220v交流供電，帶寬20M，精度8 位。 ⒊ 儀器可提供多達(dá)20 項的測試或計算結(jié)果，分三類： 第一類 ‘波形測量法’結(jié)果： ⑴ B，H 原始波形圖。 ⑵ 磁滯回線圖 ⑶ 最大磁感應(yīng)強度Bm ⑷ 乘磁Br ⑸ 直方比Br/B ⑹ 最大磁場強度Hm ⑺ 矯頑力Hc ⑻ 磁通量2φm ⑼ 適用功率φm×Wa ⑽ 面積乘積Wa×Ae ⑾ 材料每立方米在方波及正弦波工作時損耗PCV（KW/m3） ⑿ 材料每公斤在方波及正弦波工作時損耗PCm（KW/Kg） ⒀ 被測磁芯方在波及正弦波在損耗PC（mw） 第二類 ‘矢量測量法’ 結(jié)果： ⑴ B和H 的相位角α ⑵ 彈性磁導(dǎo)率μ’ ⑶ 損耗磁導(dǎo)率μ” ⑷ 最大磁導(dǎo)率μa ⑸ 電感磁導(dǎo)率μL ⑹ 絕對磁導(dǎo)率｜μ｜ 第三類：磁滯回線的垂直角β及HC 附近的導(dǎo)磁率μβ ⑴ 垂直角β ⑵導(dǎo)磁率μβ ㈡ 儀器安裝 ⒈硬件安裝：見上圖： ⒉軟件安裝 ① 先安裝LabVIEW 軟件 ② 安裝數(shù)據(jù)采集軟件 ③ 安裝應(yīng)用軟件 ㈢ 認(rèn)識與調(diào)試 ⒈首先閱讀一些LabVIEW 的基礎(chǔ)知識 ⒉打開交流B-H曲線測試儀的測試軟件“B-H 中文版-2”，你會看見如圖1、圖2 所示的屏幕圖象： [align=center] 圖1 圖2[/align] 這圖象中包含很多內(nèi)容（計算語言中稱為對象）大致分為 ① 波形調(diào)節(jié)與控制 ② 波形顯示 ③ 參數(shù)輸入 ④ 測試結(jié)果；中間結(jié)果 ⑤ 儀器標(biāo)定 ⑥ 錯誤信息公告欄。 ⑦ 示波屏的水平調(diào)節(jié) ⑧ 目的是要使屏幕出現(xiàn)兩個週期的波形。 ⒊ 調(diào)試 ① 了解原始輸入波形的顯示屏：見圖3 [align=center] 圖3[/align] ② 原始輸入波形顯示屏上方有三個顯示框分別標(biāo)記成‘頻率’，‘週期’，和‘采樣間隔’。在測試過程中能實時顯示出來以便實時控制。圖中方波是輸入的原始波形，實際己衰減10 倍，微分波是磁場強度波形，未經(jīng)衰減，橫座標(biāo)是時間軸，單位是μs，縱軸是電壓軸單位是V，是以方波大小來刻度的，水平調(diào)節(jié)只有‘采樣點數(shù)’和‘采樣率’需要輸入，用‘手指形’操作工具將框內(nèi)的數(shù)字加以改變，使屏幕波形保證出現(xiàn)，兩個週期，對於100Khz測試，此數(shù)取2500 。對取100.00E+6 次/ 秒， （每10ns 一次）。設(shè)采樣點數(shù)為M，采樣率為P （單位106 次/秒） ，測試頻率為F （單位103hz/秒） ，則M＝ （P/F）×2500。以數(shù)值M 設(shè)置的采樣點數(shù)能使屏幕波形出現(xiàn)兩個週期。 ③示波屏的垂直調(diào)節(jié)，對屏幕進行刻度，使波形在屏幕上的位置適當(dāng)。 對圖 1 的Y 軸用‘手指形’操作工具對其進行刻度設(shè)置，上述‘幅度范圍’數(shù)值指的是±30v，框中的數(shù)值也是使用‘手指形’操作工具對其進行數(shù)值設(shè)置，大小視輸入波形的幅度而定。 圖中的設(shè)置值P 要與配合使用，設(shè)探頭衰減系數(shù)為K，設(shè)置時最好使P＝K。以大幅度輸入的那道為標(biāo)準(zhǔn)。 令幅度范圍的值為R，最好使R/P≥2。 測量到的電壓等數(shù)值會在磁滯回線顯示屏幕的上方用數(shù)字方式顯示出來。 ㈣ 測試與標(biāo)定 ⒈ 了解磁滯回線顯示屏幕，見圖4。 [align=center] 圖4[/align] 上面兩個框分別顯示出磁感B和磁場H的數(shù)值，以及該數(shù)值對應(yīng)的信號電壓幅度（峰－峰值）和它們所用探頭的衰減系數(shù)，圖中顯示磁感B 道（ch0 道）的衰減系數(shù)為10，表明信號衰減了10倍，而磁場H 道（ch1 道）的衰減系數(shù)為1，表明信號未衰減。圖3 波形在屏幕上的刻度值與圖4 上方數(shù)字值有如下關(guān)系： 刻度值＝（P/K）×數(shù)字值 磁感B 道的 刻度值＝ （10/10） × 20.55 ＝20.55v（峰－峰） 磁場H 道的 刻度值＝ （10/1） × 1.81 ＝18.1v（峰－峰） ⒉測試 ①輸入測試參數(shù)，見圖5、6、7。 用‘手指形’操作工具將‘磁芯參數(shù)’規(guī)定欄中的參數(shù)一一輸入，其中填充系數(shù)KF 是與磁性材料繞制的松緊程度或壓制中所滲粘合劑的多少有關(guān)，對於中國的非晶帶材KF 常取0.7，國外產(chǎn)品常取0.78—0.8。運行程序后會得到磁芯的其他幾何參數(shù)如 圖 6 所示。 用‘手指形’操作工具將‘測試條件’規(guī)定欄中的參數(shù)一一輸入，其中匝數(shù)N 必需輸入。你選擇最大磁場強度Hm 或最大磁感應(yīng)強度Bm 作為你的測試條件都可以，在施加信號電壓的過程中圖 4上方的和會即時顯示，一旦滿足測試條件就立即按下按鈕，程序立即顯示各種結(jié)果，見圖1。 ② 進行測試 為了準(zhǔn)確測量，本儀采用自動‘多次平均’法（Multi Acq Averge）獲取數(shù)據(jù)，操作程序如上圖： ③ 標(biāo)定 為了能和國家的標(biāo)準(zhǔn)或國外進口儀器進行比較，可以用一個標(biāo)準(zhǔn)樣品來校準(zhǔn)本儀器，要校準(zhǔn)的是記號為Kw，Ri 和Pc的參數(shù)，設(shè)巳知標(biāo)準(zhǔn)樣品的Bm，Hc及功率損耗Pc的值，同樣該樣品的其它幾何參數(shù)也己知，且測試條件為F＝100k，Hm＝80A/m。標(biāo)定步驟如下：將樣品繞線后也進行相同條件F＝100k ，Hm＝80A/m 的測量（采樣點數(shù)2500，采樣率100×106），記下B 道電壓值VP-P，用下列公式計算Kw，將新的Kw 值置入Bm 修正框中： Kw＝ （2502×VP-P）/（10×Bm×N×Ae） Bm，N，Ae 均是標(biāo)準(zhǔn)樣品給定的參數(shù)： 另外一個參數(shù)是HC的修正參數(shù)，對標(biāo)準(zhǔn)樣品的測量中記下H 道的電壓VP-P 用下列公式對Hc的系數(shù)Ri 進行修正。 Ri ＝ （VP-P× N×1000）/（2×HC×Al） ，Al 是有效磁路長度。 笫三個要標(biāo)定的參數(shù)是功率損耗PC 的修正系數(shù)，本儀器測量的是方波工作時磁芯的損耗，它比正弦波工作的損耗要小，要知道正弦波的損耗可以進行標(biāo)定，通過對已知標(biāo)準(zhǔn)樣品的測量記下其功率損耗值PC（不論是PCV，PCm 或PC 均可）用下列公式算出‘變換系數(shù)Pc’。 ‘變換系數(shù)Pc’＝樣品原來給定的功率損耗PCm/現(xiàn)測的PCm。 將‘變換系數(shù)Pc’置入Pc 修正系數(shù)框中就完成了方波到正弦波的轉(zhuǎn)換系數(shù)測定。 了解與調(diào)試對象 ⒈ 首先閱讀一些LabVIEW 的基礎(chǔ)知識。 ⒉打開交流B-H 曲線測試儀的測試軟件“B-H 中文版-2”，你會看見如下圖所示的屏幕圖象： [align=center] 圖8 圖9[/align]