挑 战： 使用NI 的虚拟仪器枝术和相关产品研制出可以进行动态磁特性测的测试设备，使得原来昂贵的设备投资得以大幅度降低，且能获得十多项测试结果，使国内软磁材料的测量现状得以迅速改变。

应用方案： 

    ①采用波形记忆法进行快速测量。

    ② 采用NI公司的LabVIEW设计软件进行虚拟仪器的面板和程序设计。

    ③ 采用NI公司的NI5102 示波器卡进行数据采集。

使用产品： NI5102 示波卡，（带宽20M，8 位精度） 及功能齐全的LabVIEW 软件

介 绍：

    软磁产品的特性测试项目很多，一般单台仪器很难完成众多的测试，否则仪器造价非常昂贵，一般生产厂家，普通生产车间和质量检验部门很难用得起高达6-7 万美金的设备，只能使用简单的电感测试仪来检测产品，不能全面的评估产品，无法提供全面的设计参数，制约着新一代磁性材料——非晶、纳米晶磁性材料的产发展。

    随着计算机技术及由此而产生的虚拟仪器枝术，一种功能强大的LabVIEW 图形化编程软件问世及应用，使得一台仪器只须信号传感、转换及数据采集装置外，其他部分都可以在计算的屏幕上造出来，满足你的各种需要。这无疑大大降低了仪器造价，增加仪器的功能，“交流B-H曲线测试仪”就是沿着这种思路实现的。

㈠ 原理、特点、性能

    交流B-H 测试仪是基於虚拟枝术观念而开发出来的软磁材料交流动态特性测试设备。它的基本原理是电磁定义，在磁芯上绕制初级次级线圈，对初级线圈施加电流使之产生磁场H，同时测量次级线圈电压，将其换算成磁感应强度B，再求出它们之间的各种关系，这些关系反映出该被测磁芯的各种性能。

原理方框图如下：

原理框图

    从原理框图可知它结构很简单，方波信号源及功率放大是用来激励磁芯，数椐采集是采集被激励的信号，虚拟仪器就是将采集到的信号进行分析计算最后输出各种结果。

⒈ 特点：

    ⑴ 采用国际标准IEC62044-3 所推荐的波形记忆法，因为仅须一个周期的信号这样就可对磁芯进行快速测量，以免发热影响测试结果。

    ⑵ 采用方波作信号源更符合应用实际。

    ⑶ 单线圈测量对样品制作更简单。

    ⑷ 在施加信号的过程中能实时获得所施的磁场强度H 和磁感应强度B。

    ⑸ 仪器设有标定功能，可根椐标准样品对最大磁感应强度Bm和矫顽力HC 及功耗进行标定。

    ⑹ 不仅输出‘波形测量法’的结果也给出‘矢量测量法’的结果。

    ⑺ 给出磁滞迴线垂直程度垂直角参数，以便直观判别磁放大器的关断性能。

    ⑻ 虚拟仪器的屏幕对象友好，人机对话充分。

    ⑼一旦仪器出现故障可在错误公告栏中公告出错信息。

⒉ 仪器的基本性能指标

    ⑴ 信号源：220v交流输入，200w，方波，频率从10Khz 到150Khz连续可调，信号峰-峰电压从5v到110v 连续可调。

    ⑵ 数椐采集卡：采用美国NI公司原装进口，NI 5120 卡，220v交流供电，带宽20M，精度8 位。

⒊ 仪器可提供多达20 项的测试或计算结果，分三类：

    第一类 ‘波形测量法’结果：

    ⑴ B，H 原始波形图。
    ⑵ 磁滞回线图
    ⑶ 最大磁感应强度Bm 
    ⑷ 乘磁Br
    ⑸ 直方比Br/B
    ⑹ 最大磁场强度Hm
    ⑺ 矫顽力Hc
    ⑻ 磁通量2φm
    ⑼ 适用功率φm×Wa
    ⑽ 面积乘积Wa×Ae
    ⑾ 材料每立方米在方波及正弦波工作时损耗PCV（KW/m3）
    ⑿ 材料每公斤在方波及正弦波工作时损耗PCm（KW/Kg）
    ⒀ 被测磁芯方在波及正弦波在损耗PC（mw）

    第二类 ‘矢量测量法’ 结果：

    ⑴ B和H 的相位角α 
     ⑵ 弹性磁导率μ’
    ⑶ 损耗磁导率μ”
    ⑷ 最大磁导率μa
    ⑸ 电感磁导率μL
    ⑹ 绝对磁导率｜μ｜

    第三类：磁滞回线的垂直角β及HC 附近的导磁率μβ

    ⑴ 垂直角β
    ⑵导磁率μβ

㈡ 仪器安装

    ⒈硬件安装：见上图：

    ⒉软件安装

    ① 先安装LabVIEW 软件
    ② 安装数据采集软件
    ③ 安装应用软件

㈢ 认识与调试

    ⒈首先阅读一些LabVIEW 的基礎知识
    ⒉打开交流B-H曲线测试仪的测试软件“B-H 中文版-2”，你会看见如图1、图2 所示的屏幕图象：

图1

图2

    这图象中包含很多内容（计算语言中称为对象）大致分为

    ① 波形调节与控制
    ② 波形显示
    ③ 参数输入
    ④ 测试结果；中间结果
    ⑤ 仪器标定
    ⑥ 错误信息公告栏。
    ⑦ 示波屏的水平调节
    ⑧ 目的是要使屏幕出现两个週期的波形。

    ⒊ 调试

    ① 了解原始输入波形的显示屏：见图3

图3

    ② 原始输入波形显示屏上方有三个显示框分别标记成‘频率’，‘週期’，和‘采样间隔’。在测试过程中能实时显示出来以便实时控制。图中方波是输入的原始波形，实际己衰减10 倍，微分波是磁场强度波形，未经衰减，横座标是时间轴，单位是μs，纵轴是电压轴单位是V，是以方波大小来刻度的，水平调节只有‘采样点数’和‘采样率’需要输入，用‘手指形’操作工具将框内的数字加以改变，使屏幕波形保证出现，两个週期，对於100Khz测试，此数取2500 。对取100.00E+6 次/ 秒， （每10ns 一次）。设采样点数为M，采样率为P （单位106 次/秒） ，测试频率为F （单位103hz/秒） ，则M＝ （P/F）×2500。以数值M 设置的采样点数能使屏幕波形出现两个週期。

    ③示波屏的垂直调节，对屏幕进行刻度，使波形在屏幕上的位置适当。

    对图 1 的Y 轴用‘手指形’操作工具对其进行刻度设置，上述‘幅度范围’数值指的是±30v，框中的数值也是使用‘手指形’操作工具对其进行数值设置，大小视输入波形的幅度而定。

    图中的设置值P 要与配合使用，设探头衰减系数为K，设置时最好使P＝K。以大幅度输入的那道为标准。

    令幅度范围的值为R，最好使R/P≥2。

    测量到的电压等数值会在磁滞回线显示屏幕的上方用数字方式显示出来。

㈣ 测试与标定

    ⒈ 了解磁滞回线显示屏幕，见图4。

图4

    上面两个框分别显示出磁感B和磁场H的数值，以及该数值对应的信号电压幅度（峰－峰值）和它们所用探头的衰减系数，图中显示磁感B 道（ch0 道）的衰减系数为10，表明信号衰减了10倍，而磁场H 道（ch1 道）的衰减系数为1，表明信号未衰减。图3 波形在屏幕上的刻度值与图4 上方数字值有如下关系：

    刻度值＝（P/K）×数字值

    磁感B 道的 刻度值＝ （10/10） × 20.55 ＝20.55v（峰－峰）

    磁场H 道的 刻度值＝ （10/1） × 1.81 ＝18.1v（峰－峰）

    ⒉测试

    ①输入测试参数，见图5、6、7。

    用‘手指形’操作工具将‘磁芯参数’规定栏中的参数一一输入，其中填充系数KF 是与磁性材料绕制的松紧程度或压制中所渗粘合剂的多少有关，对於中国的非晶带材KF 常取0.7，国外产品常取0.78—0.8。运行程序后会得到磁芯的其他几何参数如 图 6 所示。

    用‘手指形’操作工具将‘测试条件’规定栏中的参数一一输入，其中匝数N 必需输入。你选择最大磁场强度Hm 或最大磁感应强度Bm 作为你的测试条件都可以，在施加信号电压的过程中图 4上方的和会即时显示，一旦满足测试条件就立即按下按钮，程序立即显示各种结果，见图1。

    ② 进行测试

    为了准确测量，本仪采用自动‘多次平均’法（Multi Acq Averge）获取数据，操作程序如上图：

    ③ 标定

    为了能和国家的标准或国外进口仪器进行比较，可以用一个标准样品来校准本仪器，要校准的是记号为Kw，Ri 和Pc的参数，设巳知标准样品的Bm，Hc及功率损耗Pc的值，同样该样品的其它几何参数也己知，且测试条件为F＝100k，Hm＝80A/m。标定步骤如下：将样品绕线后也进行相同条件F＝100k ，Hm＝80A/m 的测量（采样点数2500，采样率100×106），记下B 道电压值VP-P，用下列公式计算Kw，将新的Kw 值置入Bm 修正框中：

Kw＝ （2502×VP-P）/（10×Bm×N×Ae）
Bm，N，Ae 均是标准样品给定的参数：

    另外一个参数是HC的修正参数，对标准样品的测量中记下H 道的电压VP-P 用下列公式对Hc的系数Ri 进行修正。

Ri ＝ （VP-P× N×1000）/（2×HC×Al） ，Al 是有效磁路长度。

    笫三个要标定的参数是功率损耗PC 的修正系数，本仪器测量的是方波工作时磁芯的损耗，它比正弦波工作的损耗要小，要知道正弦波的损耗可以进行标定，通过对已知标准样品的测量记下其功率损耗值PC（不论是PCV，PCm 或PC 均可）用下列公式算出‘变换系数Pc’。

    ‘变换系数Pc’＝样品原来给定的功率损耗PCm/现测的PCm。

    将‘变换系数Pc’置入Pc 修正系数框中就完成了方波到正弦波的转换系数测定。

了解与调试对象

    ⒈ 首先阅读一些LabVIEW 的基础知识。

    ⒉打开交流B-H 曲线测试仪的测试软件“B-H 中文版-2”，你会看见如下图所示的屏幕图象：

图8

图9