功率放大器模塊在超微晶合金磁特性測量研究中的應(yīng)用

　　客戶需求：對超微晶合金磁特性測量中的波形發(fā)生與控制問題進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有嚴(yán)格的體積要求，上位機(jī)可外置，測試系統(tǒng)需集成于機(jī)箱，機(jī)箱尺寸：1900mm×500mm×600mm。

　　解決方案：功率放大器模塊采用安泰ATA-M240高壓放大器模塊，該放大模塊，超寬的頻率范圍30kHz~1.5MHz，輸出電壓400Vpp，操作簡單，只需DC18-28V的供電電壓即可工作。

　　實(shí)驗(yàn)名稱：超微晶合金磁特性測量中的波形發(fā)生與控制問題進(jìn)行研究

　　實(shí)驗(yàn)設(shè)備：計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、ATA-M240高壓放大器模塊、ATA-5220前置放大器、電流探頭、保護(hù)電阻、打印機(jī)等。

　　實(shí)驗(yàn)過程：

　　圖：超微晶合金磁特性測試集成系統(tǒng)圖

　　圖5.1：一維磁特性測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　由圖5.1可知，計(jì)算機(jī)為整個(gè)測量系統(tǒng)的核心。在對超微晶合金樣件進(jìn)行一維磁特性測量時(shí)，計(jì)算機(jī)通過運(yùn)行LabVIEW程序并結(jié)合數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)生激磁電壓信號(hào)隨后該信號(hào)經(jīng)功率放大器模塊放大后加載在樣件的初級繞組上；次級繞組上的感應(yīng)電壓信號(hào)和流經(jīng)初級繞組的激磁電流信號(hào)要先分別經(jīng)過前置放大器的放大作用，隨后由數(shù)據(jù)采集卡傳遞給計(jì)算機(jī)，最后計(jì)算機(jī)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算處理。超微晶合金環(huán)形樣件實(shí)物圖如圖5.2所示。該樣件的初級繞組線圈匝數(shù)M為4，次級繞組線圈數(shù)N為4磁環(huán)的橫截面積S為240mm2，平均磁路長度1為163.36mm。

　　圖5.2：超微晶合金樣件實(shí)物圖

　　超微晶合金環(huán)形樣件的磁通密度B、磁場強(qiáng)度H可由式(5.1)求得：

　　式中：

　　Ni、N2一樣件初級繞組、次級繞組線圈匝數(shù)；

　　U2一次級繞組兩端的感應(yīng)電壓，單位為伏特(V)；

　　i一初級繞組中流過的激磁電流，單位為安培(A)；

　　S一環(huán)形樣件的橫截面積，單位為平方米(m2)；

　　l一環(huán)形樣件的平均磁路長度，單位為米(m)。

　　結(jié)合式(5.1)在LabVIEW中編譯磁通密度B、磁場強(qiáng)度H的計(jì)算程序框圖，如圖5.3所示。

　　圖5.3：二維磁特性測量系統(tǒng)

　　二維磁特性測量系統(tǒng)：

　　對超微晶合金進(jìn)行二維磁特性測量時(shí)，待測樣件的二維磁化問題相比于一維時(shí)更為復(fù)雜，因此設(shè)計(jì)一個(gè)性能良好的激磁裝置是減小測量誤差、提高精度的一個(gè)必要條件。本課題組采用的二維激磁裝置為雙C型立體結(jié)構(gòu)，如圖5.4所示。在該裝置中采用超微晶合金材料制成的兩個(gè)C型磁驅(qū)在空間中正交固定，磁軛正中的激磁繞組由利茲線繞制而成。同時(shí)此激磁裝置的磁軛與磁極的連接處未采用搭接方式，直接避免了磁動(dòng)勢降低的現(xiàn)象出現(xiàn)，提高了勵(lì)磁能力并降低了激磁損耗。

　　圖5.4：雙C型立體激磁裝置結(jié)構(gòu)

　　為了產(chǎn)生更好的激磁效果，使樣片能夠被均勻磁化，C型磁軛上的磁極采用了聚磁能力較強(qiáng)的楔形結(jié)構(gòu)，如圖5.5所示。其中，磁極的尺寸參數(shù)分別為:X1=10.2mm，X2=15.9mm，X3=3.1mm。

　　圖5.5：磁軛與磁極結(jié)構(gòu)圖

　　二維磁特性測量系統(tǒng)的核心同樣是計(jì)算機(jī)。在對樣片進(jìn)行二維磁特性測量時(shí)，計(jì)算機(jī)通過運(yùn)行LabVIEW程序并結(jié)合數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)生兩路激磁電壓信號(hào)，隨后兩路信號(hào)分別經(jīng)功率放大器放大后加載在激磁裝置的兩個(gè)激磁繞組上。同時(shí)，為產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，需調(diào)節(jié)激磁電壓使得x、y兩路激磁電流的幅值相等且相位差為90；被測樣片上x、y兩路的測量信號(hào)要通過B-H傳感器測得，并經(jīng)過前置放大器的放大作用后通過數(shù)據(jù)采集卡傳遞給計(jì)算機(jī)，最后計(jì)算機(jī)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算處理。超微晶合金方形樣片每個(gè)方向的磁通密度B、磁場強(qiáng)度H可由式(5.2)求得：

　　式中：

　　UB一B傳感器的感應(yīng)電壓，單位為伏特(V)；

　　Uu一H傳感器的感應(yīng)電壓，單位為伏特(V)；

　　kB-B傳感器中探針的傳感系數(shù)，經(jīng)校準(zhǔn)得kB=2.67x10m-2

　　kH一H傳感器中線圈的傳感系數(shù)，經(jīng)校準(zhǔn)得kB-1.993x10-3m2

　　uo一真空磁導(dǎo)率，u04元x10-7T·A/m。

　　結(jié)合式(5.2)在LabVIEW中編譯磁通密度B、磁場強(qiáng)度H的計(jì)算程序框圖，如圖5.9所示。

　　圖5.9：二維磁特性測量中B、H計(jì)算程序框圖

　　ATA-M240高壓放大器模塊在本實(shí)驗(yàn)中的作用：

　　該模塊由電源模塊，放大器模塊，輸出變壓器模塊，匹配電感器模塊四部分組成，可直接放大信號(hào)源輸出電壓，驅(qū)動(dòng)超微晶合金環(huán)形樣件，不需要對信號(hào)做二次處理；

　　外觀尺寸小，大大節(jié)省了機(jī)箱內(nèi)部空間，便于和信號(hào)源模塊，前置放大器、信號(hào)采集模塊等，集成于機(jī)箱內(nèi)；

　　供電電壓為DC18-28V，操作更加簡單，同時(shí)大大減少了集成系統(tǒng)的成本。

　　安泰ATA-M240高壓放大器模塊：

　　圖：ATA-M240高壓放大器模塊指標(biāo)參數(shù)

　　本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。