静态磁参数测量实验平台的研制本科毕业论文(编辑修改稿)

静态磁参数测量实验平台的研制本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

业设计 6 本论文的结构安排 第一章 绪论 ， 第二章 静态磁测量原理 与测量步骤， 第三章 静态磁测量的系统硬件设计 ， 第四章 静态磁测量的系统软件设计 ， 第五章 系统 与测试 ， 第六章 结论与展望。 第 2章 静态磁测量原理 7 第 2 章 静态磁测量原理 磁场的基本 定律 安培环路定律 在磁场中，沿任一闭合路径磁场强度向量的线积分值，等于穿过该闭合路径电流的代数 和 ，即   ildHl  （ 21） 式（ 21）是磁场的基本方程之一，称为安培环路定律的一般形式，也称为全电流定律。 根据此定律很容易得出，在两种不同媒质的分界面上，磁场强度的切线分量是连续的，即 tt HH 21  （ 22） 此定理是应用励磁电流解决 B。 电磁感应定律 如 图 21 所示线圈，当穿过它的磁通链发生变化时，线圈中就产生感应电势。 实验表明，在选取 e 的参考方向与磁通 符合右 手 螺旋定则时，电磁感应定律的表达式为 N e 图 21 电磁感应现象 西安交通大学城市学院 本科毕业设计 8 ddeNdt dt    （ 23） 式中 ： N—— 线圈的匝数，负号表明感应电势引起的电流总是企图阻止线圈中磁通的 变 化，这一规律常称为楞次定则。 电磁感应现象是磁场的重要性质，它表明了电与磁的统一，在磁测量中有着 广泛的应用。 此定理是应用冲击感应法解决 B。 静态磁 材料 的 测量 在磁测量中，首先应该按试品按照试品的几何尺寸进行简单的估算，并绕制磁化线圈和测试线圈，然后在磁化线圈中输入磁化电流，将磁通表接至测试线圈两端进行实验，当磁化电流逐步增加而磁通表的读数不变时，表明该磁化电流以使得磁材料 达到了 磁饱和状态。 在完成上述制作好试品的基础上，就可以进行退磁、磁锻和测试工作。 退磁 试品的退磁状态是指磁场强度 H 和磁感应强度 B 同时等于零的状态。 对于软磁试品来说，只有在退磁的状态下，才会得到与试品所经历的磁化历史无关的真正磁特性。 在进行测量之前必须将试品充分退磁，不完全退磁会给测量带来误差。 退磁方法有热退磁、交流退磁和直流换向退磁三种。 热退磁是将试品在高温炉中加热到材料的居里点以上，然后在无外磁场、无机械作用的条件下，缓慢冷却至室温。 这种方法虽然操作过程麻烦，但可以获得完全的退磁效果。 交流退磁是用降压设备来进行的，调节交流电压值产生所需要的退磁电流，再以足够缓慢的速度将电压逐渐降到零。 具体步骤是用一个螺管 线圈，将试品放入，如图 22所示，调节自耦变压器 T，从最大磁化电流 I逐渐减小到零，这时试品的磁场强度逐渐减小到零。 或者磁化电流 I 固定不调，将试品从螺线管中取出，慢慢远离螺线管，其退磁效果与调磁化电流是一样的。 第 2章 静态磁测量原理 9 2 2 0 vR ( 限流)T A螺管线圈样品 图 22 交流退磁装置 直流换向退磁（见图 23）则是借助磁化电路中的换向开关来回改变磁化电流的方向，并使磁化电流由某一最大值逐渐平稳的降到零。 IOI 1I 2I 3I 4I 5tI T 图 23 退磁电流曲线 三种方法各有 特点，对于不同的材料可以采用不同的退磁方法。 采用热退磁是最完善的方法。 然而，对通过磁场热处理而获得特定性能的试品或在加热过程中会产生不可逆相变的试品不能采用热退磁，交流退磁的效果较好，退磁频率通常为工频，对于高电阻率的铁氧体可以采用交流退磁。 对于高电导的金属磁性材料宜采用直流换向退磁，因为这些材料的涡流趋肤效应太强，用交流 退 磁可能造成不 完 善的退磁。 本实验采用直流换向退磁的方法。 磁锻 基本磁化曲线测量过程中，每 给定 一个 磁化电流（ 磁场强度 ） ，需经电流反复换向而使 试 品的磁感应强 度处在该状态下的稳定的数值上，这种从开始磁化到形成稳定磁滞回线 的 反复换向的操作过程称为磁锻（或磁锻炼）， 一般约为 10 次左右。 磁锻炼过程试 品 两端电压波形如图 24 所示。 西安交通大学城市学院 本科毕业设计 10 图 24 磁锻炼过程试样两端电压波形 测量 基本磁化曲线测 量 基本磁化曲线采用冲击法 逐 点测试。 选 定一个磁化电流值，在完成退磁、充磁和磁锻炼过程后，试品的磁化状态如图 25 所示。 0HBH m H mB r H caB ma 1Δ B 1Δ B 2H cb 图 25 基本磁化曲线测试 此时试品磁化后的磁化状态在 a 点，当将磁化电流从 mH → 0时，则试品的磁化状态由 a 变至 b 点，试品内部的磁感应强度变化量为 1B。 当磁化回路中电流从 0→ mH时，则磁化状态由 b变至 a1 点，在试品内部的磁感应强度变化量变为 2B。 由于磁滞回线是关于原点对称的，所以根据 1B 和 2B 可求出 mB 和 rB ，即 122m BBB  (24) 第 2章 静态磁测量原理 11 212r BBB   (25) 改变磁化电流的大小，反复完成退磁、充磁和磁锻炼的过程，可组成一簇磁滞回线，按上述过程测得各个磁滞回线的顶点，将顶点连接即可得到基本磁化曲线。 磁滞回线 的 测 量 磁滞回线测试采用冲击法逐点测试。 在完成退磁、充磁和磁锻炼过程后，试品的磁化状态如图 26 所示，要求此时磁滞回线的顶点的磁感应强度 mB 大于饱和磁感应强度 sB。 按基本磁化曲线测试方法的步骤先确定 mB 和 rB 的值。 此时试样的磁化状态在 a点，当将磁化电流从 mH → bH 时，试品中的磁化状态由 a 变至 b 点时，在试品内部的磁感应强度变化量为 ab m bB B B   ，由 此可推出 b m abB B B 。 当磁化回路中电流从0→ Hc时，磁化状态由 d变至 c 点，在试品内部的磁感应强度变化量为 dc r cB B B   ,由此可推出 c r dcB B B 。 由此就得到了磁滞回线上的磁场强度绝对值相等的两个点。 此时，应使试品的状态仍返回 a 点，改变 b 点的位置，再重复以上过程，反复逐点测试磁滞回线上的各点，最后完成磁滞回线的上半支的测试，再以原点为对称点，画出完整的磁滞回线。 0HBH mB r H cabB ma 1H cB bB cH bdc 图 26 磁滞回线测 试 西安交通大学城市学院 本科毕业设计 12 第 3 章 静态磁测量的硬件系统 13 第 3 章 静态磁测量的硬件系统 设计 静态磁测量的硬件系统框图 静态磁测量的硬件 系统框图如图 31 所示。 它主要由磁化电路和测量两部分组成。 其中磁化电路由磁化电源、励磁线圈和可变电阻等组成，其作用是对试品进行磁化，根据安培环路定理，磁化电流的大小与磁场强度成正比，因此由可变电阻获取与电压成正比的电流信号提供给测试回路 ，从而可以算出 H；测试线圈的感应电动势经波形变换 、绝对值电路后，送入与单片机接口的 A/D 转换电路对信号进行采集；单片机的作用是将采集到的数据进行处理和输出显示。 L C D m AN 1 N 212波形变换电路绝对值电路键 盘+ 5 VA / DM C S 5 1串 口RR W 图 31 系统框图 单片机系统 单片机系统及键盘 单片机系统及键盘 如图 32 所示。 ISP 为程序下载接口，其作用是将 PC 机上调试好的程序经编译后写入单片机内程序储存器中。 /INT0 所接按钮开关 S11，其作用是按下按钮开关启动 A/D 转换。 西安交通大学城市学院 本科毕业设计 14 10KR 31S 16S W P B+ 5VD0D3D4D5D6D7A 13A 14A 15A8A9A 10A 11A 12X A L 1X A L 2+ 5V33pFC 3233pFC 33R X DT X D+ 5VT0M O S I1NC3R S T5S C K7M I S O9GND10GND8GND6GND4V C C2U 15I S PP R S TR S TP P + 5V104C 34RDI N T 0A L EOE1D12D23D34D45D56D67D78D89GND10LE11Q812Q713Q614Q515Q416Q317Q218Q119V C C20U 12S N 74 H C 57 3N+ 5VA0A1A2A3A4A5A6A7A L E10ufC 35122X T A LE A / V P P31X T A L 119X T A L 218R S T9P ( R D )17P ( W R )16P ( I N T 0)12P ( I N T 1)13P ( T 0)14P ( T 1)15P ( T 2)1P ( T 2E X )2P 3P 4P 5P 6P 7P 8( A D 0) P 39( A D 1) P 38( A D 2) P 37( A D 3) P 36( A D 4) P 35( A D 5) P 34( A D 6) P 33( A D 7) P 32( A 8) P 21( A 9) P 22( A 10 ) P 23( A 11 ) P 24( A 12 ) P 25( A 13 ) P 26( A 14 ) P 27( A 15 ) P 28P S E N29A L E / P R O G30( T X D ) P 11( R X D ) P 10GND20V C C40U 14A T 89 C 52D1D2WRP P P GND1C X / R X2C L R3Q7GND8Q6A4V C C16B5GND15U 11AM C 74H C 4538A N10KR 24C 30103+ 5VS 11S W P B10KR 28I N T 0+ 5V （ 1） （ 2） 图 32 单片机系统及键盘 （ 1） 单片机系统 （ 2） 键盘第 3 章 静态磁测量的硬件系统 15 液晶显示接口 （ 1） LCM12864 液晶模块的特点是： * LCM12864 显示内容 128 64 点阵，点大小  ，点间距 * 显示类型： STN 蓝白模式 * LED 背光 * 工作电压 ： 5V * 控制器为 KS0107 （ 2） 芯片管脚与功能 见表 31 表 31 液晶模块 LCM12864管脚说明 标号 引脚 功能 VSS 1 地 VDD 2 逻辑部分电源 V。