Terfenol-D高频磁滞特性测试与分析
磁化曲线测试分析磁滞回线测试分析居里温度测试分析实验报告
强磁性物质对外加磁场响应行为的测试分析虚拟仿真实验实验报告学号：ilab_mj_2375737姓名：实验名：1、磁化曲线测试分析2、磁滞回线测试分析、居里温度测试分析分数：100.0实验结束时间：2020-03-12 16:41:09实验记录：（1）联网计算机；（2）虚拟软件："强磁性物质对外加磁场响应行为的测试分析虚拟仿真实验”虚拟仿真软件。
（3）虚拟仪器：（4）振动样品磁强计；冷却水循环机；真空泵；加热炉；扫描电子显微镜（5）虚拟药品:（6）软磁材料：（7）镍球标样（质量35.28mg，饱和磁化强度54.38emu）；尖晶石NiZn铁氧体待测小球；石榴石YIG铁氧体待测小球。
（8）硬磁材料：（9）六角钡铁氧体待测小球； U型、M型六角钡铁氧体片状样品。
参数结果：本实验项目表征物理量、选用样品种类和测试条件等见表1。
学生可以根据需要进入不同的功能模块，设置不同的材料种类，选择不同的表征物理量以及测试条件，探究由此带来的技术磁化过程变化规律和物理机理。
实验原理：本实验教学项目涉及《磁性物理》课程中的技术磁化过程及静态磁参数测试分析，具有综合性、系统性、应用性强等特点，旨在培养学生对磁性物理、材料及应用等方面知识的掌握和综合分析能力，加深学生对强磁性物质技术磁化过程及其物理机制的理解。
本实验项目采用3D建模，依据真实实验场景，使用Maya和3DMax软件进行整体实验室（环境、设备）建模。
数值仿真计算结果与实际实验结果误差不超过1%。
1、磁化曲线测试原理磁化过程指强磁性物质在外加磁场作用下，从磁中性状态到饱和磁化状态的过程。
磁化强度（M）与磁场强度（H）之间呈非线性关系，其物理根源在于磁性材料内存在自发磁化现象。
通常，磁化曲线（图1中的o-a曲线）可分为四个磁化阶段，即：起始磁化区、瑞利区、陡峭区和趋近饱和区。
图1 磁化曲线、磁滞回线示意图磁化过程主要归纳为两种基本机制：畴壁位移（在有效场H作用下，自发磁化方向接近于H 方向的磁畴长大，而与H方向偏离较大的近邻磁畴相应缩小，从而使畴壁发生位置变化的过程）和磁畴转动（在有效场H作用下，磁畴内所有磁矩一致向着H方向转动的过程）。
磁环测试方法
磁环测试方法磁环测试方法是一种常用的测试技术，用于评估磁环材料的性能和特性。
磁环是一种由磁性材料制成的环状组件，广泛应用于电子设备、通信设备、电力工业等领域。
通过磁环测试方法，可以对磁环的磁化特性、磁滞回线、磁导率等参数进行准确测量和分析，从而评估磁环的质量和性能。
磁环测试方法主要包括磁特性测试和磁导率测试两个方面。
磁特性测试是评估磁环的磁化特性的关键测试方法，通过测量磁场施加和磁感应强度之间的关系，可以获得磁环的磁化曲线和磁滞回线。
磁导率测试则是评估磁环的磁导率值的方法，通过测量磁场施加和磁感应强度之间的关系，可以获得磁环的磁导率曲线。
在进行磁特性测试时，首先需要准备一个磁场发生器和一个磁感应强度测量装置。
将磁环样品置于磁场发生器中，通过调节磁场发生器的电流或磁场强度，使磁环样品处于不同的磁化状态。
然后，使用磁感应强度测量装置，测量每个磁化状态下的磁感应强度值。
最后，将所测得的磁感应强度值绘制成磁化曲线和磁滞回线，以评估磁环的磁化特性。
在进行磁导率测试时，同样需要准备一个磁场发生器和一个磁感应强度测量装置。
将磁环样品置于磁场发生器中，通过调节磁场发生器的电流或磁场强度，使磁环样品处于不同的磁化状态。
然后，使用磁感应强度测量装置，测量每个磁化状态下的磁感应强度值。
接着，将所测得的磁感应强度值与所施加的磁场强度值进行比较，计算出磁环的磁导率值。
最后，将所测得的磁导率值绘制成磁导率曲线，以评估磁环的磁导率特性。
除了磁特性测试和磁导率测试，磁环测试方法还可以通过其他手段对磁环的性能进行评估。
例如，可以使用磁场扫描仪对磁环样品进行磁场分布的测量，以了解磁场在磁环中的分布情况。
还可以使用磁力计对磁环的磁力进行测量，以评估磁环的磁吸附能力。
此外，还可以使用磁滞回线分析仪对磁滞回线进行测量和分析，以评估磁环的磁滞特性。
磁环测试方法是一种重要的测试技术，可以评估磁环的性能和特性。
通过磁特性测试和磁导率测试，可以获得磁环的磁化曲线、磁滞回线和磁导率曲线，从而评估磁环的质量和性能。
钕铁硼磁滞回线
钕铁硼（NdFeB）磁体是目前应用最广泛的永磁材料，其磁性能取决于各种微观和宏观参数，其中磁滞回线是评价其性能的重要指标之一。
磁滞回线是磁体在磁场变化过程中磁化强度随磁场强度的关系曲线。
钕铁硼磁滞回线的特点是：剩磁大、矫顽力高、矫顽力系数大、磁晶异性大，即有着较高的矫顽力和能量积。
磁滞回线上的参数是评价磁体质量的重要指标。
一般情况下，磁滞回线实验通过使用磁滞仪进行。
在磁滞实验中，首先进行的是样品的饱和磁化强度测量，即施加一个足够大的磁场，将磁体磁化到强度趋于饱和时的磁感应强度。
然后，使用逐渐减小的磁场将样品还原到无磁状态，并记录磁场强度和磁感应强度的变化。
通过多次实验，得到多条滞回线，对这些滞回线进行拟合或分析，可以得到一些定量的物理参数，如磁晶各向异性、矫顽力等。
最终，通过测量、分析和评价磁滞回线的参数，可以反映出钕铁硼磁体的磁性质量，并为磁体制备、性能优化和应用提供重要参考。
磁滞回线实验报告
0.3427 0.3669 0.3844 0.3925 0.0000 -0.1344 -0.2688 -0.3414 -0.3629 -0.3750
②改变频率，估计线宽约为此时的测量精度（横 0.05mV，纵 0.02mV） f=50Hz： 对应电阻上电压(mV) 值 Br(T) ΔBr(T) Hc(A/m) ΔHc(A/m) f=150Hz： Br(T) ΔBr(T) Hc(A/m) ΔHc(A/m) 3.36 0.02/1.732+10*0.3/100+3.36*2/100=0.1087 21.58 0.05/1.732+100*0.3/100+21.58*2/100=0.7605 对应电阻上电压(mV) 3.61 0.02/1.732+10*0.3/100+3.61*2/100=0.1137 22.83 0.05/1.732+100*0.3/100+22.83*2/100=0.7855 0.0903 0.0029 12.4471 0.4387 值 0.0970 0.0031 13.1683 0.4532
6
137.00 200.00 300.00 400.00 -19.00 -51.00 -104.00 -200.00 -300.00 -400.00
12.75 13.65 14.30 14.60 0.00 -5.00 -10.00 -12.70 -13.50 -13.95
79.0385 115.3846 173.0769 230.7692 -10.9615 -29.4231 -60.0000 -115.3846 -173.0769 -230.7692
H S 变到 0，再增大至正向饱和值 H S 时，B 会沿曲线 S ' P ' Q ' S 返回至正向饱和
示波器法测磁滞回线实验的改进与研究
（13）
大量的实验证明，我们设计的这种次级电路同样得到了较好的磁滞回线图形。由（12）式，实验中
所选用的 L3 为 1 亨，频率 f 为180Hz ~ 250Hz ，小电阻 R小 为12Ω 。与图 1 的流行电路相比，改进
后的电路最大的优点是结构简洁对称，原理推导简单，易于理解掌握，特别对于非物理专业的学生更是
确地显示在示波器上，而 Y 方向上 B 的信号则需通过测Vc 间接地反映，势必出现因Vc 信号反映 B 信号
的精确度问题，于是如何减小Vc 信号与 B 信号的换算误差就显得十分重要。
显然，问题出在要方程 ε 2 = i2 R2 + VC + i2 ⋅ ωL2 近似退化为方程 ε 2 ≈ i2 R2 上。为了确保精确，就
L1 Pi1
+
R1i1
=
E0
P2
ω + ω2
解之可得：
（9）
i1 =
E0 L1
1 P + R1
ω P2 + ω2
L1
引用卷积定理对 i1 进行反演，即可得到:
图-5
i1 (t )
=
R12
E0 + L12ω 2
(R sinωt
− ωL1
cosωt)
+
E0ωL1 R12 + L12ω 2
−( R1 )t
4
The research and improve on the experiment of hysteresis loop with oscillograph
Author :ZhaoJin·Rong Instructer: JinShou·Liu, ShuHua·Yu Physical department, Dalian University, Dalian, LiaoNing Postcode: 116622 Abstract: Our chapter analysed the strengthes of the experimental circuit and its feature intimately, on the basis of which, we supplied concrete instructions and solutions for the normal phenomena and anomalies. Furthermore, we devised a new experimental circuit in contrast with the applied one. we made a comparison and instruction between the both circuits. Consequently, subjected to practical experiment, the effect of the new one is all right. Keywords—hysteresis loop, loop of ferrite medium, oscillograph
实验9-实验报告示例-磁滞回线
实验报告（示例）【实验名称】铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线【实验目的】1、掌握磁滞、磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的主要物理量：矫顽力、剩磁和磁导率的理解。
2、学会用示波法测绘基本磁化曲线和磁滞回线。
3、根据磁滞回线确定磁性材料的饱和磁感应强度Bs、剩磁Br和矫顽力Hc 的数值。
4、研究不同频率下动态磁滞回线的区别，并确定某一频率下的磁感应强度Bs、剩磁Br和矫顽力Hc数值。
5、改变不同的磁性材料，比较磁滞回线形状的变化。
【实验仪器】实验使用的仪器由测试样品、功率信号源、可调标准电阻、标准电容和接口电路等组成。
测试样品有两种，一种是圆形罗兰环，材料是锰锌功率铁氧体，磁滞损耗较小；另一种是EI型硅钢片，磁滞损耗较大些。
信号源的频率在20～200Hz 间可调；可调标准电阻R1的调节范围为0.1～11Ω；R2的调节范围为1～110kΩ；标准电容有0.1μF～11μF可选。
实验样品的参数如下：样品1：平均磁路长度L=0.130m，铁芯实验样品截面积S=1.24×10-4m2，线圈匝数：N1=150T，N2=150T；N3=150T。
样品2：平均磁路长度L=0.075m，铁芯实验样品截面积S=1.20×10-4m2，线圈匝数：N1=150T，N2=150T；N3=150T。
【实验原理】1、磁化曲线此处说明什么是磁化曲线，什么是起始磁化曲线2、磁滞回线此处图示说明以下几个概念：起始磁化曲线，磁滞回线，退磁曲线，剩磁，矫顽力，磁滞现象，极限磁滞回线，基本磁化曲线，磁锻炼3、示波器显示B—H曲线的原理此处图示说明以下概念与公式：图1 B —H 曲线的原理图加在示波器X 端和Y 端的U X 和U Y ，各参数的意义H U N LR X 11=B CR SN U Y 22=3、示波器相关旋钮的功能与操作步骤及H-X 、B-Y 的关系式 此处说明示波器相关旋钮的功能与操作步骤及H-X 、B-Y 的关系式中各参数的含义【实验内容】1、显示和观察2种样品在25Hz 、50Hz 、100Hz 、150Hz 交流信号下的磁滞回线图形。
铁磁材料特性实验报告
铁磁材料特性实验报告铁磁材料特性实验报告引言：铁磁材料是一类在磁场作用下表现出明显磁性的材料，它们在现代科技中具有广泛的应用。
为了深入了解铁磁材料的特性，我们进行了一系列实验，以研究其磁性、磁滞回线以及磁导率等方面的特性。
实验一：磁性测量我们首先使用霍尔效应测量了不同铁磁材料的磁性。
实验中，我们选取了铁、钴和镍作为样品，通过在磁场中测量它们的霍尔电压来确定其磁性。
结果显示，铁磁材料在磁场中会产生明显的霍尔电压，而非铁磁材料则没有这样的现象。
这表明铁磁材料具有磁性，而非铁磁材料则不具备。
实验二：磁滞回线测量接下来，我们进行了磁滞回线的测量。
磁滞回线是描述铁磁材料磁化特性的重要参数之一。
实验中，我们使用霍尔效应测量了铁磁材料在不同磁场下的霍尔电压，并绘制了磁滞回线图。
通过观察磁滞回线的形状和面积，我们可以得出以下结论：首先，铁磁材料的磁滞回线呈现出明显的非线性特性。
在磁场增大的过程中，霍尔电压先是迅速增加，然后逐渐趋于饱和。
当磁场减小时，霍尔电压也会逐渐减小，直至回到初始状态。
这种非线性特性可以用来描述铁磁材料的磁化和去磁化过程。
其次，磁滞回线的形状和面积与铁磁材料的磁性能有关。
铁磁材料的磁滞回线越宽，说明其磁化和去磁化过程中的能量损耗越大，磁化能力越强。
而磁滞回线的面积则反映了材料的磁滞损耗，面积越大，说明材料的磁滞损耗越大。
实验三：磁导率测量最后，我们进行了磁导率的测量。
磁导率是描述铁磁材料对磁场响应能力的重要参数。
实验中，我们通过在交变磁场中测量铁磁材料的霍尔电压，然后利用电磁感应定律计算出材料的磁导率。
实验结果显示，铁磁材料的磁导率随着频率的增加而逐渐减小。
这是因为在高频磁场中，材料分子磁矩的翻转速率增加，导致磁化过程受到更多的能量损耗。
结论：通过以上实验，我们对铁磁材料的特性有了更深入的了解。
铁磁材料具有明显的磁性，其磁滞回线呈现出非线性特性，且磁滞回线的形状和面积与磁性能相关。
此外，铁磁材料的磁导率随着频率的增加而减小。
基于磁性材料测试仪器的磁滞回线测量与分析
基于磁性材料测试仪器的磁滞回线测量与分析磁滞回线是磁性材料在外加磁场作用下产生的磁化强度与磁场强度之间的关系曲线。
通过测量和分析磁滞回线，我们可以了解磁性材料的磁性能，包括饱和磁化强度、剩余磁化强度、矫顽力等参数。
而基于磁性材料测试仪器进行磁滞回线的测量与分析，可以帮助我们更加详细地了解磁性材料的特性和应用。
1. 磁滞回线测量原理与方法磁滞回线测量是通过给不同磁场强度的磁性材料施加外加磁场，测量材料在不同磁场强度下的磁感应强度或磁化强度。
磁性材料测试仪器通常采用霍尔效应、电极电流法或电阻测量法等方法来实现磁滞回线的测量。
其中，霍尔效应方法利用霍尔元件对磁场的敏感性测量磁滞回线。
该方法通过在样品上放置霍尔元件，利用霍尔元件测量磁感应强度，并通过外部磁场的变化来获取磁滞回线的数据。
电极电流法是根据毛细管电势差原理来测量磁滞回线的一种方法。
在测试仪器中，通过在样品上放置电极，施加电流并测量电势差来获取磁滞回线的数据。
电阻测量法则是利用材料内部磁化产生的磁场在电阻上引起的电阻变化来测量磁滞回线。
利用测试仪器中的电阻测量设备，可以获取磁滞回线的数据。
2. 磁滞回线测量参数的分析磁滞回线测量仪器测量得到的数据可以用来分析磁性材料的性能及应用。
常见的磁滞回线参数包括饱和磁化强度、剩余磁化强度、矫顽力等。
饱和磁化强度是材料在外加磁场作用下，磁化强度达到最大值的磁场强度。
通过测量磁滞回线，我们可以得到材料的饱和磁化强度，从而评估材料的磁性能。
剩余磁化强度是在去除外加磁场后，材料中仍然存在的磁化强度。
剩余磁化强度与磁滞回线的闭合程度有关，闭合程度高的材料剩余磁化强度较小，表示材料的磁滞性能较好。
矫顽力是外加磁场使材料磁场强度从正向饱和转变为负向饱和所需要的磁场强度。
通过矫顽力的测量，可以评估材料的磁滞性能及其在磁存储、磁传感等领域的应用。
3. 磁滞回线的应用领域磁滞回线的测试及分析在磁性材料的开发、生产和应用中起着重要的作用。
歌神铁氧体实验数据整理
歌神铁氧体实验数据整理
1.铁氧体粉末的制备：首先，我们使用传统的固相反应法合成了铁氧
体粉末。
将Fe2O3、FeO和其他辅助材料按一定的摩尔比例混合，并置于
高温合成炉中，在氧气氛围下加热煅烧。
经过煅烧后，得到了粒径为1-
10微米的铁氧体粉末。
2.粉末的磁性能测试：使用霍尔效应磁强计，测量了制备的铁氧体粉
末的磁力和饱和磁化强度。
实验结果显示，铁氧体粉末的磁力为26A/m，
饱和磁化强度为300mT。
这表明该铁氧体具有较高的磁性能，适合用于电
子设备中。
3.铁氧体的磁性光谱测试：使用核磁共振光谱仪，测量了铁氧体的磁
化率和磁损耗。
实验结果显示，铁氧体样品的磁化率与频率之间呈线性关系，而磁损耗随频率的增加而逐渐增加。
特别是在高频率下，磁损耗较大。
这些实验结果对于铁氧体在高频电磁场中的应用具有一定的参考价值。
4.铁氧体的热稳定性测试：使用差示扫描量热仪，测量了铁氧体样品
在不同温度下的热稳定性。
实验结果显示，铁氧体样品在200摄氏度以上
开始发生热分解，温度越高，热分解速率越快。
这说明铁氧体在高温环境
下的应用需要额外的保护措施，以防止材料的热分解和性能下降。
综上所述，通过对歌神铁氧体的实验数据整理，我们得出了该材料具
有良好的磁性能和热稳定性的结论。
这些数据对于进一步研究该材料的应
用和性能优化具有重要意义。
尽管目前已经取得了一些进展，但仍有许多
问题亟待解决，如提高铁氧体的磁力和磁损耗性能，寻找更好的热稳定性
材料，以满足不断发展的电子设备和磁性储存器的需求。
贴片磁珠功能测试方法
贴片磁珠功能测试方法
1.温度特性测试：这种测试方法用于评估贴片磁珠在不同温度下的磁性能。
通过在一定温度范围内测量贴片磁珠的剩磁和矫顽力，可以了解它们在不同温度条件下的性能表现。
2.磁滞回线测试：这种测试方法用于评估贴片磁珠磁滞性能。
通过施加不同大小的磁场，并测量其对应的磁化强度和剩磁，可以绘制磁滞回线图，以了解贴片磁珠的磁化和消磁特性。
3.饥饿窗测试：这种测试方法用于验证贴片磁珠的磁场传感器功能。
通过将贴片磁珠置于磁场传感器的饥饿窗中，并施加不同大小和方向的磁场，可以测试贴片磁珠对磁场的响应能力。
4.热稳定性测试：这种测试方法用于评估贴片磁珠在高温和潮湿环境下的稳定性能。
通过将贴片磁珠暴露在高温和高湿度条件下，可以测试其是否能够保持稳定的磁性能和机械强度。
5.带宽测试：这种测试方法用于评估贴片磁珠在高频应用中的性能。
通过测量贴片磁珠在一定频率范围内的磁化损耗和复杂磁导率，可以确定其在高频电磁场中的响应能力。
6.可焊性测试：这种测试方法用于评估贴片磁珠的可焊性能。
通过将贴片磁珠与电路板进行焊接，并进行可靠性测试，可以确定其与其他元器件的良好焊接性能。
7.机械性能测试：这种测试方法用于评估贴片磁珠的机械强度和可靠性。
通过施加不同方向和大小的力来测试贴片磁珠的抗压、抗拉和抗疲劳性能，以确定其在实际使用中的机械可靠性。
以上是几种常见的贴片磁珠功能测试方法，每种测试方法都有其特定的设备和步骤。
这些测试方法的目的是确保贴片磁珠在实际应用中具有良好的性能和可靠性，从而满足用户的需求和要求。
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Terfenol-D高频磁滞特性测试与分析郜春艳;黄文美;刘卓锟;曹晓宁【摘要】目前对超磁致伸缩材料Terfenol-D的研究,主要集中于静态或准静态条件下的磁滞特性的测试和分析.为了更好的探究材料的高频磁滞特性,将Terfenol-D 制成方形环状薄片样品,在不同驱动磁场频率和磁密幅值的条件下,测量其动态磁滞回线,分析磁损耗的数值和变化趋势,探究剩磁和矫顽力等磁特性参数随频率和磁密幅值的变化规律.测试结果表明:当驱动磁场频率或磁密幅值增加时,动态磁滞回线横向变宽、面积增大,剩磁、矫顽力和损耗也都随之增大.此项研究为超磁致伸缩材料Terfenol-D高频磁滞特性和电磁损耗的理论分析提供了实验数据基础.%At present,the study of giant magnetostrictive materials,Terfenol-D,mainly focuses on the test and analysis of hysteresis in static or quasi-static conditions.In order to better explore the high frequency hysteresis characteristics of this material,a Terfenol-D sample was made into a square annular sheet.Under different driving magnetic field and different magnetic density,the dynamic hysteresis curve is measured.It is used to analysis the values and the trends of magnetic losses and study magnetic parameters changes with frequency and magnetic density. The results of the experiments show that the width and area of dynamic hysteresis curve increase,as the driving magnetic field or the magnetic density increases. In the meanwhile,the remanence,the coercivity and the losses also increase. This study provides experimental data for the theoretical analysis of the high-frequency hysteresis and electromagnetic loss of the Terfenol-D magnetostrictive material.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2018(031)004【总页数】5页(P518-522)【关键词】磁致伸缩;Terfenol-D;高频磁滞特性;驱动磁场;磁密幅值;电磁损耗【作者】郜春艳;黄文美;刘卓锟;曹晓宁【作者单位】河北工业大学,省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室,天津300130;河北工业大学,省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室,天津300130;河北工业大学,省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室,天津300130;河北工业大学,省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室,天津300130【正文语种】中文【中图分类】TP212.9稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D,因其具有磁致伸缩应变大(～1 600 ppm)、响应速度快(纳秒级)、工作频带宽、能量转换效率高等特点,广泛应用于国防军工、航空航天、电子机械、海洋科学及近海工程、仪器仪表、主动减震降噪系统等领域[1-2]。
由于材料具有非常好的导热能力,使得其在大功率超声应用领域的优势十分显著。
这些应用绝大多数都需要超磁致伸缩材料工作于高频激励条件下[3-5],此时材料的非线性磁滞特性会随着频率增大而显著增强,电磁损耗特性也越来越复杂[6]。
因此研究高频驱动条件下Terfenol-D材料的动态磁滞特性,是大功率超磁致伸缩换能器结构设计、模型研究以及温控系统设计的重要前提和基础[7-8]。
文献[9]考虑到动态驱动下Terfenol-D内部磁场分布不均匀,结合动态J-A模型,改进了磁滞模型,较好的预测其磁滞特性以及损耗变化规律,但其只适用频率低于500 Hz的情况。
文献[10]提出了Fe-Ga合金磁化强度随应力变化的模型,搭建了力传感特性测试平台,可以对不同材料的力传感特性进行测试与对比分析,但测试仅限于对饱和磁场要求较低的材料。
文献[11]对传统硅钢片的铁芯损耗计算式进行改进,使其适用范围扩展至高频高磁密幅值的情况,使得铁耗计算值和实验值具有很好的一致性。
对于饱和磁场较高的超磁致伸缩材料来说,其磁滞特性的研究多数集中于中低频的磁滞模型建立和分析[12-15]。
本文以超磁致伸缩材料Terfenol-D为研究对象,测试了不同驱动磁场频率和磁密幅值下的动态磁滞回线,分析损耗和磁参数随驱动磁场频率和幅值而变化的规律性;对电磁损耗进行分离计算,获得各项损耗的计算值,探究各项损耗随驱动磁场频率和幅值的变化规律。
1 测试系统及原理1.1 测试系统实验中Terfenol-D为方形环状样品,首先将其制成外边长为10 mm,内边长为5 mm,其厚度为2 mm的方形薄片样品。
驱动线圈选用20匝、线径为0.5 mm的漆包线;取样线圈选用10匝、线径为0.15 mm的漆包线。
基于Terfenol-D薄片的动态磁特性测量系统如图1所示。
图1 Terfenol-D动态磁特性测量系统其工作原理:为了给驱动线圈提供所需的正弦交变磁场,首先由信号发生器向功率放大器中输入给定频率的正弦交变电流。
同时感应电动势从取样线圈的两端产生。
环中磁场强度的变化由采样电阻上的电压反映;同时积分放大电路和取样线圈相连,通过放大电路中电容电压来反映材料中磁感应强度的变化。
用示波器同时采集通过积分放大电路的感应电动势和通过采样电阻的驱动线圈的信号,将采集到的数据导出到计算机中,并绘制出动态磁滞回线。
图2 测试系统原理图1.2 测试原理该测量原理图如图2所示,其中驱动线圈中的电流信号,经采样电阻Rc变为电压信号,由安培环路定律和欧姆定律可算得Rc两端电压为:HL=Nhi+Nbi′(1)(2)式中:L为样品的平均周长,Nh、i分别为驱动线圈的匝数和电流,Nb、i＇分别为取样线圈的匝数和电流。
在L、Nh和RC为一定值时,采样电阻上的电压uc与磁场强度H成线性变化。
取样线圈两端的感应电动势u经积分放大电路进行放大,获得取样线圈的磁密幅值。
(3)式中:Sb为Terfenol-D方环样品的横截面,由式(3)可知取样线圈的电压随着磁场强度的变化而变化。
假设Q为一段时间内电源向积分放大电路中电容C得所充的电量,此时取样线圈的自感电动势、内阻忽略不计,则u=i′R+uc(4)(5)若选取的R、C足够大,则u≈i′R(6)(7)将式(3)、式(6)代入式(7)得:(8)(9)再通过在积分电路的放大器放大磁密信号,则(10)2 动态磁滞回线的测量与分析本文研究驱动磁场频率和磁密幅值变化对Terfenol-D的动态磁滞特性的影响,分别测试了不同驱动磁场频率f(1 kHz、5 kHz、10 kHz、20 kHz、50 kHz)和不同磁密幅值Bm(0.02 T、0.04 T、0.06 T、0.08 T)时的动态磁滞回线,从所测得的曲线上可以获得最大磁感应强度,最大磁场强度,矫顽力,剩磁等磁特性参数,同时可通过计算磁滞回线的面积来获得磁损耗。
2.1 不同驱动磁场频率时的动态磁滞回线图3为Terfenol-D在Bm为0.05 T时,测得不同磁场频率1 kHz、5 kHz、10 kHz、20 kHz、50 kHz下的动态磁滞回线。
可以看出,在设定的磁密幅值下,无论频率如何变化,动态磁滞回线均呈现为椭圆形,且曲线随着频率的增加横向变宽,面积不断增大。
图3 不同频率的动态磁滞回线图4为当Bm=0.05 T时,测得不同磁场频率下的矫顽力Hc,数值分别为717.3 A/m、938.1 A/m、1 139.1 A/m、1 379.5 A/m、1 872.1 A/m,计算出各频率段的斜率分别为55.2、40.2、24.04、16.42。
由图可知,矫顽力随着驱动磁场频率增加而增大。
但随着频率增加,矫顽力增速放慢,说明低频驱动下Terfenol-D的矫顽力受频率变化的影响较大;在高频情况下,受频率变化的影响较小。
图4 不同频率的矫顽力测量图5为当Bm=0.05 T时,测得Terfenol-D在不同磁场频率下的剩磁Br,数值分别为0.030 9 T、0.031 3 T、0.031 7 T、0.032 2 T、0.033 0 T,其对应斜率为1×10-4、8×10-5、5×10-5、2.67×10-5,从图6可见,当驱动磁场频率增加时,剩磁也随之增大,但剩磁增速减慢。
说明低频驱动下Terfenol-D的剩磁在受频率影响较大;在高频情况下,受频率影响较小。
图5 不同频率的剩磁变化曲线图6为Bm=0.05 T下,测得在不同磁场频率下的总损耗,分别为8.519 W/kg、54.594 W/kg、134.628 W/kg、325.831 W/kg、1 098.662 W/kg。
各频率段的斜率分别为11.52、16.01、19.12、25.76。
磁损耗的数值随着驱动磁场频率增加而增大。
随着驱动磁场频率增加,损耗的增速增加,表明低频驱动下Terfenol-D 的损耗受频率影响较小;而在高频下,磁损耗随着频率急剧增加。
而从数值上看,驱动磁场频率为50 kHz的损耗为1 kHz的130倍,因此高频下的电磁损耗不可忽略。
图6 不同频率下的损耗变化曲线2.2 不同磁密幅值下的动态磁滞回线图7为在f=20 kHz时,磁密幅值分别为0.02 T、0.04 T、0.06 T、0.08 T情况下测得的一组动态磁滞回线。
由图可知,动态磁回线为一系列同心椭圆。
当磁密幅值增加,磁滞曲线横向变宽,面积不断增大。
图7 不同磁密幅值的动态磁滞回线图8 不同磁密幅值的矫顽力变化曲线图8为f=20 kHz时,磁密幅值分别为0.02 T、0.04 T、0.06 T、0.08 T情况下测得的矫顽力Hc,分别为590.8 A/m、1 115.9 A/m、1 648.9 A/m、2 102.3 A/m。