功率放大器模块在超微晶合金磁特性测量研究中的应用

客户需求：对超微晶合金磁特性测量中的波形发生与控制问题进行研究，实验系统有严格的体积要求，上位机可外置，测试系统需集成于机箱，机箱尺寸：1900mm×500mm×600mm。

解决方案：功率放大器模块采用安泰ATA-M240高压放大器模块，该放大模块，超宽的频率范围30kHz~1.5MHz，输出电压400Vpp，操作简单，只需DC18-28V的供电电压即可工作。

实验名称：超微晶合金磁特性测量中的波形发生与控制问题进行研究

实验设备：计算机、数据采集卡、ATA-M240高压放大器模块、ATA-5220前置放大器、电流探头、保护电阻、打印机等。

实验过程：

图：超微晶合金磁特性测试集成系统图

图5.1：一维磁特性测量系统结构图

由图5.1可知，计算机为整个测量系统的核心。在对超微晶合金样件进行一维磁特性测量时，计算机通过运行LabVIEW程序并结合数据采集卡产生激磁电压信号随后该信号经功率放大器模块放大后加载在样件的初级绕组上；次级绕组上的感应电压信号和流经初级绕组的激磁电流信号要先分别经过前置放大器的放大作用，随后由数据采集卡传递给计算机，最后计算机对采集到的数据进行相关的计算处理。超微晶合金环形样件实物图如图5.2所示。该样件的初级绕组线圈匝数M为4，次级绕组线圈数N为4磁环的横截面积S为240mm2，平均磁路长度1为163.36mm。

图5.2：超微晶合金样件实物图

超微晶合金环形样件的磁通密度B、磁场强度H可由式(5.1)求得：

式中:

Ni、N2一样件初级绕组、次级绕组线圈匝数；

U2一次级绕组两端的感应电压，单位为伏特(V)；

i一初级绕组中流过的激磁电流，单位为安培(A)；

S一环形样件的横截面积，单位为平方米(m2)；

l一环形样件的平均磁路长度，单位为米(m)。

结合式(5.1)在LabVIEW中编译磁通密度B、磁场强度H的计算程序框图，如图5.3所示。

图5.3：二维磁特性测量系统

二维磁特性测量系统：

对超微晶合金进行二维磁特性测量时，待测样件的二维磁化问题相比于一维时更为复杂，因此设计一个性能良好的激磁装置是减小测量误差、提高精度的一个必要条件。本课题组采用的二维激磁装置为双C型立体结构，如图5.4所示。在该装置中采用超微晶合金材料制成的两个C型磁驱在空间中正交固定，磁轭正中的激磁绕组由利兹线绕制而成。同时此激磁装置的磁轭与磁极的连接处未采用搭接方式，直接避免了磁动势降低的现象出现，提高了励磁能力并降低了激磁损耗。

图5.4：双C型立体激磁装置结构

为了产生更好的激磁效果，使样片能够被均匀磁化，C型磁轭上的磁极采用了聚磁能力较强的楔形结构，如图5.5所示。其中，磁极的尺寸参数分别为:X1=10.2mm，X2=15.9mm，X3=3.1mm。

图5.5：磁轭与磁极结构图

二维磁特性测量系统的核心同样是计算机。在对样片进行二维磁特性测量时，计算机通过运行LabVIEW程序并结合数据采集卡产生两路激磁电压信号，随后两路信号分别经功率放大器放大后加载在激磁装置的两个激磁绕组上。同时，为产生圆形旋转磁场，需调节激磁电压使得x、y两路激磁电流的幅值相等且相位差为90；被测样片上x、y两路的测量信号要通过B-H传感器测得，并经过前置放大器的放大作用后通过数据采集卡传递给计算机，最后计算机对采集到的数据进行相关的计算处理。超微晶合金方形样片每个方向的磁通密度B、磁场强度H可由式(5.2)求得：

式中:

UB一B传感器的感应电压，单位为伏特(V)；

Uu一H传感器的感应电压，单位为伏特(V)；

kB-B传感器中探针的传感系数，经校准得kB=2.67x10m-2

kH一H传感器中线圈的传感系数，经校准得kB-1.993x10-3m2

uo一真空磁导率，u04元x10-7T·A/m。

结合式(5.2)在LabVIEW中编译磁通密度B、磁场强度H的计算程序框图，如图5.9所示。

图5.9：二维磁特性测量中B、H计算程序框图

ATA-M240高压放大器模块在本实验中的作用：

该模块由电源模块，放大器模块，输出变压器模块，匹配电感器模块四部分组成，可直接放大信号源输出电压，驱动超微晶合金环形样件，不需要对信号做二次处理；

外观尺寸小，大大节省了机箱内部空间，便于和信号源模块，前置放大器、信号采集模块等，集成于机箱内；

供电电压为DC18-28V，操作更加简单，同时大大减少了集成系统的成本。

安泰水声ATA-M240高压放大器模块：

图：ATA-M240高压放大器模块指标参数

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