功率放大器模塊在超微晶合金磁特性測量研究中的應用

　　客戶需求：對超微晶合金磁特性測量中的波形發(fā)生與控制問題進行研究，實驗系統(tǒng)有嚴格的體積要求，上位機可外置，測試系統(tǒng)需集成于機箱，機箱尺寸：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。

　　實驗名稱：超微晶合金磁特性測量中的波形發(fā)生與控制問題進行研究

　　實驗設備：計算機、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、保護電阻、打印機等。

　　實驗過程：

　　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)結構圖

　　由圖5.1可知，計算機為整個測量系統(tǒng)的核心。在對超微晶合金樣件進行一維磁特性測量時，計算機通過運行LabVIEW程序并結合數(shù)據(jù)采集卡產生激磁電壓信號隨后該信號經(jīng)功率放大器模塊放大后加載在樣件的初級繞組上；次級繞組上的感應電壓信號和流經(jīng)初級繞組的激磁電流信號要先分別經(jīng)過前置放大器的放大作用，隨后由數(shù)據(jù)采集卡傳遞給計算機，最后計算機對采集到的數(shù)據(jù)進行相關的計算處理。超微晶合金環(huán)形樣件實物圖如圖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：超微晶合金樣件實物圖

　　超微晶合金環(huán)形樣件的磁通密度B、磁場強度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)。

　　結合式(5.1)在LabVIEW中編譯磁通密度B、磁場強度H的計算程序框圖，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)：

　　對超微晶合金進行二維磁特性測量時，待測樣件的二維磁化問題相比于一維時更為復雜，因此設計一個性能良好的激磁裝置是減小測量誤差、提高精度的一個必要條件。本課題組采用的二維激磁裝置為雙C型立體結構，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C型磁驅在空間中正交固定，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，直接避免了磁動勢降低的現(xiàn)象出現(xiàn)，提高了勵磁能力并降低了激磁損耗。

　　圖5.4：雙C型立體激磁裝置結構

　　為了產生更好的激磁效果，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的楔形結構，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：磁軛與磁極結構圖

　　二維磁特性測量系統(tǒng)的核心同樣是計算機。在對樣片進行二維磁特性測量時，計算機通過運行LabVIEW程序并結合數(shù)據(jù)采集卡產生兩路激磁電壓信號，隨后兩路信號分別經(jīng)功率放大器放大后加載在激磁裝置的兩個激磁繞組上。同時，為產生圓形旋轉磁場，需調節(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)采集卡傳遞給計算機，最后計算機對采集到的數(shù)據(jù)進行相關的計算處理。超微晶合金方形樣片每個方向的磁通密度B、磁場強度H可由式(5.2)求得：

　　式中：

　　UB一B傳感器的感應電壓，單位為伏特(V)；

　　Uu一H傳感器的感應電壓，單位為伏特(V)；

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

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

　　uo一真空磁導率，u04元x10-7T·A/m。

　　結合式(5.2)在LabVIEW中編譯磁通密度B、磁場強度H的計算程序框圖，如圖5.9所示。

　　圖5.9：二維磁特性測量中B、H計算程序框圖

　　ATA-M240高壓放大器模塊在本實驗中的作用：

　　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，可直接放大信號源輸出電壓，驅動超微晶合金環(huán)形樣件，不需要對信號做二次處理；

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

　　供電電壓為DC18-28V，操作更加簡單，同時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參數(shù)

　　本文實驗素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產品線，且具有相當規(guī)模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。