D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.0L.018 第29卷第1期 北京科技大学学报 Vol.29 No.1 2007年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2007 利用数字式谐波反馈实现交流磁测量磁通波形正弦 张燕宾) 瞿清昌)龙毅)常永勤)叶荣昌) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)中国计量院，北京100013 摘要在磁通正弦条件下进行软磁合金交流磁性测量可以获得高准确度的测量结果·利用数字式谐波反馈原理，通过对磁 通波形的分析获得了磁通波形中的谐波含量，然后在电源输出端补偿与磁通波形中谐波幅值相反、相位相同的谐波，使磁通 波形得到了改善。通过对硅钢样品在不同磁化程度时的测量，检验这一方法·当硅钢样品磁化为1.87T时，经谐波反馈后次 级电压的波形系数也能满足国家标准的要求 关键词软磁合金；磁通正弦：谐波反馈：磁性测量 分类号TP202+.2 软磁材料的性能决定于材料的各种磁参数，而 正，1958年，麦克法兰首次提出以电压负反馈的方 其微小的测量误差就有可能使一种材料的标号相差 式保持方圈次级电压正弦波形的方法[-1.经过20 很大，因此所测磁参数的准确度对于软磁材料意义 多年的努力，磁通波形不断得到改善，到20世纪80 重大·磁导率H、饱合磁通密度B、矫顽力H。、剩磁 年代初，已能在H<5Acm这样不太深的饱和区 B,以及铁损P等磁学参量都来自于磁滞回线，因 实现磁通正弦条件了，1983年，我国在保持磁通波 而对磁滞回线的准确测量是准确测量软磁材料各种 形正弦的研究中取得了突破性的进展，首次在H< 磁参数的基础，由于B和H是非线性的不能同时 100A·cm的范围内全部实现了磁通波形正弦条 为正弦波形，而次级感应电压中含有大量的谐波，所 件门.但这种补偿的调节比较困难，需要专业的实 测得的磁滞回线包含的面积就会比实际面积要大， 验技巧 从而造成磁参数测量的偏差，只有降低次级感应电 本文寻求以数字式谐波反馈方式来解决这个问 压中的谐波含量使其波形成为正弦波，测得的磁滞 题，用新的磁性测量装置，真正实现数值积分，以取 回线与理论的磁滞回线相差才能最小，所测得的参 代国内外使用多年的用模拟积分器还原磁通模式， 数才有较高的准确度]. 彻底消除模拟积分器的回复漂移引起的系统误差， 现在国内外所有的软磁测量设备都可以在给定 使它在原理上成为一个完整的3GATE(auto testing 磁场峰值条件下测出一个完整的磁滞回线，所有的 equipment),同时大大缩短了计量溯源路径从而进 磁性参数都定义在磁滞回线上·但不同仪器、同一 一步提高测量准确度· 仪器不同操作方式或不同操作者都会得到不同的磁 滞回线.这是因为软磁材料磁性能是一个多变量的 1 数字式谐波反馈原理 关系函数，这些变量包括磁感峰值和激励场频率等， 利用谐波反馈手段实现磁通正弦，其原理框图 测绘一个磁滞回线的速率不同，就是基本（波）频率 如图1所示 不同，其特性就不一样，在同样的基本频率下，如果 波形设定 波形发生 功率放大输出采样 磁通的波形不同，即谐波含量不同也会严重的畸变 反馈 解析 测量结果[3]， 要实现磁性参数精确性的测量，首先需要实现 图1谐波反馈原理框图 磁通波形为正弦波形.在1958年以前，基本上没有 Fig.1 Principle of digital feedback of harmonic compensation 技术手段达到这一目的，更多的研究工作则是侧重 于对偏离磁通正弦条件下测得的结果进行波形修 首先是设定波形，根据设定的波形由波形发生 器输出需要的波形经过功率放大器放大发送出来； 收稿日期：2005-09-23修回日期：2006-05-10 经过D/A卡将发送出来的波形采集，利用傅里叶分 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。.50471094) 作者简介：张燕宾(1980一)：男，硕士研究生；龙毅(1955一)，女： 析计算出波形所含有的谐波，将与分析出的谐波幅 教授，博士生导师 值相同、相位相反的波加入到输出波形中，抵消原波利用数字式谐波反馈实现交流磁测量磁通波形正弦 张燕宾1） 瞿清昌2） 龙 毅1） 常永勤1） 叶荣昌1） 1） 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 2） 中国计量院‚北京100013 摘 要 在磁通正弦条件下进行软磁合金交流磁性测量可以获得高准确度的测量结果．利用数字式谐波反馈原理‚通过对磁 通波形的分析获得了磁通波形中的谐波含量‚然后在电源输出端补偿与磁通波形中谐波幅值相反、相位相同的谐波‚使磁通 波形得到了改善．通过对硅钢样品在不同磁化程度时的测量‚检验这一方法．当硅钢样品磁化为1∙87T 时‚经谐波反馈后次 级电压的波形系数也能满足国家标准的要求． 关键词 软磁合金；磁通正弦；谐波反馈；磁性测量 分类号 TP202＋∙2 收稿日期：20050923 修回日期：20060510 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50471094） 作者简介：张燕宾（1980—）‚男‚硕士研究生；龙 毅（1955—）‚女‚ 教授‚博士生导师 软磁材料的性能决定于材料的各种磁参数‚而 其微小的测量误差就有可能使一种材料的标号相差 很大‚因此所测磁参数的准确度对于软磁材料意义 重大．磁导率 μ、饱合磁通密度 Bs、矫顽力 Hc、剩磁 Br 以及铁损 P 等磁学参量都来自于磁滞回线‚因 而对磁滞回线的准确测量是准确测量软磁材料各种 磁参数的基础．由于 B 和 H 是非线性的不能同时 为正弦波形‚而次级感应电压中含有大量的谐波‚所 测得的磁滞回线包含的面积就会比实际面积要大‚ 从而造成磁参数测量的偏差．只有降低次级感应电 压中的谐波含量使其波形成为正弦波‚测得的磁滞 回线与理论的磁滞回线相差才能最小‚所测得的参 数才有较高的准确度［1—2］． 现在国内外所有的软磁测量设备都可以在给定 磁场峰值条件下测出一个完整的磁滞回线‚所有的 磁性参数都定义在磁滞回线上．但不同仪器、同一 仪器不同操作方式或不同操作者都会得到不同的磁 滞回线．这是因为软磁材料磁性能是一个多变量的 关系函数‚这些变量包括磁感峰值和激励场频率等‚ 测绘一个磁滞回线的速率不同‚就是基本（波）频率 不同‚其特性就不一样‚在同样的基本频率下‚如果 磁通的波形不同‚即谐波含量不同也会严重的畸变 测量结果［3—4］． 要实现磁性参数精确性的测量‚首先需要实现 磁通波形为正弦波形．在1958年以前‚基本上没有 技术手段达到这一目的‚更多的研究工作则是侧重 于对偏离磁通正弦条件下测得的结果进行波形修 正．1958年‚麦克法兰首次提出以电压负反馈的方 式保持方圈次级电压正弦波形的方法［5—6］．经过20 多年的努力‚磁通波形不断得到改善‚到20世纪80 年代初‚已能在 H＜5A·cm —1这样不太深的饱和区 实现磁通正弦条件了．1983年‚我国在保持磁通波 形正弦的研究中取得了突破性的进展‚首次在 H＜ 100A·cm —1的范围内全部实现了磁通波形正弦条 件［7］．但这种补偿的调节比较困难‚需要专业的实 验技巧． 本文寻求以数字式谐波反馈方式来解决这个问 题．用新的磁性测量装置‚真正实现数值积分‚以取 代国内外使用多年的用模拟积分器还原磁通模式‚ 彻底消除模拟积分器的回复漂移引起的系统误差‚ 使它在原理上成为一个完整的3G ATE（auto testing equipment）‚同时大大缩短了计量溯源路径从而进 一步提高测量准确度． 1 数字式谐波反馈原理 利用谐波反馈手段实现磁通正弦‚其原理框图 如图1所示． 图1 谐波反馈原理框图 Fig．1 Principle of digital feedback of harmonic compensation 首先是设定波形‚根据设定的波形由波形发生 器输出需要的波形经过功率放大器放大发送出来； 经过 D／A 卡将发送出来的波形采集‚利用傅里叶分 析计算出波形所含有的谐波‚将与分析出的谐波幅 值相同、相位相反的波加入到输出波形中‚抵消原波 第29卷 第1期 2007年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．1 Jan．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．01．018