利用labview實(shí)現(xiàn)磁化曲線和磁滯回線的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、利用LabVIEW測(cè)量磁化曲線和磁滯回線姓名：焦賽一學(xué)號(hào)：201211141025提交時(shí)間：2014.05.30利用LabVIEW測(cè)量磁化曲線和磁滯回線一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察鐵磁材料的磁化和磁滯現(xiàn)象，用labview觀察、測(cè)量磁滯回線和磁化曲線。 二、實(shí)驗(yàn)儀器待測(cè)樣品，信號(hào)發(fā)生器，九孔電路實(shí)驗(yàn)板（含標(biāo)準(zhǔn)電阻、連接導(dǎo)線等）,電腦（安裝有LabVIEW和DAQ助手）三、實(shí)驗(yàn)原理（一）磁學(xué)簡(jiǎn)介物質(zhì)的磁性可分為弱磁性和強(qiáng)磁性兩大類。弱磁性僅在有外磁場(chǎng)的條件下才表現(xiàn)出來(lái)，并隨著磁場(chǎng)的增大而增強(qiáng)。按磁化方向和外場(chǎng)方向的異同，弱磁性又分為抗磁性和順磁性；強(qiáng)磁性主要表現(xiàn)為在沒(méi)有外場(chǎng)時(shí)仍存在自發(fā)磁化，并在外場(chǎng)下通常表

2、現(xiàn)出很強(qiáng)的磁性。根據(jù)其自發(fā)磁化方式的不同，又可分為鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性和螺磁性等。在實(shí)際應(yīng)用中，一般通過(guò)許多特征曲線對(duì)鐵磁材料的技術(shù)特性進(jìn)行表征?，F(xiàn)將有關(guān)的曲線介紹如下：初始磁化曲線 在熱退磁的磁中性狀態(tài)下，當(dāng)磁場(chǎng)絕對(duì)值單調(diào)增加時(shí)，樣品的磁化強(qiáng)度M（或磁感應(yīng)強(qiáng)度B）隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化軌跡（如圖1曲線中的o-f-a段）。磁滯回線 當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度在之間循環(huán)變化時(shí)，M或B的變化軌跡（如圖1中的abcdefa曲線）。它是一條閉合曲線。換向（正常）磁化曲線 將不同飽和磁場(chǎng)下得到的磁滯回線的頂點(diǎn)連接起來(lái)所得到的曲線（如圖2所示）。測(cè)量該曲線前樣品需要退磁。理想磁化曲線（無(wú)磁滯的磁化曲線） 在獲得換向磁化

3、曲線的每一個(gè)恒定磁場(chǎng)上，再加上一個(gè)振幅自某一值變至零的交變磁場(chǎng)，由此得到的磁化強(qiáng)度M隨恒定磁場(chǎng)變化的曲線成為理想磁化曲線。圖3是理想磁化曲線和換向磁化曲線的比較。飽和磁滯回線 在飽和磁場(chǎng)下的磁滯回線。圖 1、初始磁化曲線和磁滯回線示意圖eBmBrHCHmHmdcHCofbaBrBmBH 圖2 換向（正常）磁化曲線圖3 磁化曲線(A)和理想磁化曲線(B) （二）磁滯回線與磁化曲線的觀測(cè)和繪制本實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)磁滯回和測(cè)量磁化曲線，其基本原理都是利用電磁感定律，將磁場(chǎng)的改變量轉(zhuǎn)化為電動(dòng)勢(shì)（電壓）進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)原理圖如下：圖4 觀察磁滯回線的原理圖觀察磁滯回線的原理如圖4所示。被測(cè)樣品被做成圓環(huán)形，其等效

4、長(zhǎng)度為（圖中曲線）。樣品上面繞有原邊和副邊兩組線圈，其匝數(shù)分別為N1和N2。觀測(cè)時(shí)在原邊輸入交流電壓，產(chǎn)生交變的磁化電流i1。圖中R1為采樣電阻，用以測(cè)量原邊的電流。由安培環(huán)路定律可算得磁場(chǎng)強(qiáng)度H為 (1) 副線圈電路為積分電路，交變的H在樣品中產(chǎn)生交變的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。設(shè)被測(cè)樣品的截面積S，穿過(guò)該截面的磁通BS，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，在副邊線圈中將產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 （2）對(duì)（2）式做變形整理積分為B=-1N2Ss dt=KBs dt， （3）測(cè)量出副線圈兩端的感生電動(dòng)勢(shì)s關(guān)于時(shí)間t的函數(shù)，之后進(jìn)行積分后再乘上修正系數(shù)KB，即可得到磁感應(yīng)強(qiáng)度B。依次改變主線圈輸入電壓的幅度，便可得到一組磁

5、滯回線，即磁感應(yīng)強(qiáng)度B關(guān)于磁場(chǎng)強(qiáng)度H的關(guān)系，各條磁滯回線頂點(diǎn)的連線便是基本磁化曲線。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本的實(shí)驗(yàn)原理上邊的表述清楚了，下面我們分析一下具體需要測(cè)量哪些數(shù)據(jù)以及怎樣用LABVIEW編程實(shí)現(xiàn)。由上面原理可知我們按照?qǐng)D示原理圖連接電路后，主線圈的輸入電壓由信號(hào)發(fā)生器提供，手動(dòng)改變輸入信號(hào)的幅度從而測(cè)得多條磁滯回線。連接好電路后，實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于電腦多次讀取主線圈電路內(nèi)電阻R1兩端的電壓和副線圈兩端電壓分別關(guān)于時(shí)間t的波形函數(shù)。之前這些工作我們是用示波器實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在用LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)，結(jié)合課上老師講解的內(nèi)容，我想到利用數(shù)據(jù)采集卡來(lái)讀取數(shù)據(jù)并記錄。下面結(jié)合編程過(guò)程簡(jiǎn)單介紹一下我的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思

6、路：注：截圖一為程序框圖截圖，截圖二為前面板截圖1.數(shù)據(jù)采集：首先鍵入DAQ助手，設(shè)為兩路電壓信號(hào)采集，一路采集R1兩端的電壓u1，一路采集副線圈兩端的感生電動(dòng)勢(shì)s。注：采樣數(shù)和采樣頻率的設(shè)置要合適2.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理：采集到的數(shù)據(jù)做信號(hào)分路之后:a.R1兩端的電壓直接乘以KH做系數(shù)修正,之后便得到了H-t波形數(shù)據(jù); b.副線圈兩端的感生電動(dòng)勢(shì)積分后乘以KB做系數(shù)修正,之后便得到了B-t波形數(shù)據(jù)。注：此處在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了問(wèn)題，由于積分的初始值不固定，所以最后的磁滯回線的圖像不一定能夠完整的展示在圖表中，在老師的提醒下對(duì)圖形做了平移修正，利用幅值和電平測(cè)量讀取出波形的周期平均，之后將原有的數(shù)據(jù)減去周期

7、平均后即得到最終的B-t波形圖。這一部分的編程中，我另外建立了兩個(gè)波形圖，分別用以顯示H-t波形圖和B-t波形圖，為以后的數(shù)據(jù)分析提供了更多的資料。3.修正系數(shù)KH和KB的確定：利用公式節(jié)點(diǎn)器實(shí)現(xiàn)，在前面板輸入線圈大圓環(huán)直徑D、小圓環(huán)直徑d、線圈高度h、電阻R1阻值、主線圈匝數(shù)N1、副線圈匝數(shù)N2等基本量的數(shù)值，在公式節(jié)點(diǎn)器中輸入公式，即可計(jì)算得到修正系數(shù)KH和KB。4.磁滯回線的繪制：建立一個(gè)X-Y Express圖表，將測(cè)量到的H作為X，B作為Y輸入到圖表中即可。5.數(shù)據(jù)的記錄：上面的工作完成后，基本的測(cè)量工作都已經(jīng)完成了，現(xiàn)在最重要的就是數(shù)據(jù)記錄，我們要記錄的數(shù)值便是鍵入X-Y Expr

8、ess圖表中X值和Y值，實(shí)驗(yàn)中我是建立了一個(gè)二維數(shù)組并將這兩組數(shù)據(jù)記錄在其中，之后再用txt文件導(dǎo)出數(shù)據(jù)即可。截圖一截圖二五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.按照上述設(shè)計(jì)過(guò)程將電路和數(shù)據(jù)采集卡連接好，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)；2.手動(dòng)改變信號(hào)發(fā)生器輸入電壓的幅值,變化范圍為：1.00vpp20.00vpp,每次變化幅度為1.00vpp，每次改變幅值后點(diǎn)擊前面板運(yùn)行旋鈕，觀察波形并將數(shù)據(jù)記錄為txt文件導(dǎo)出。（注意txt文件每次命名不一樣，以防數(shù)據(jù)丟失）六、數(shù)據(jù)處理1.磁滯回線的繪制將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)畫(huà)在一張圖表中，得到的圖線如下：2.磁化曲線的繪制將每個(gè)輸入電壓下的曲線的頂點(diǎn)坐標(biāo)從記錄的數(shù)據(jù)中讀取出來(lái)后，得到如下表格以及圖線：輸入電壓

9、Hmax(A/m)Bmax(mT)1.00Vpp6.4480.0572.00Vpp12.2640.123.00Vpp16.8770.1624.00Vpp22.6920.215.00Vpp29.210.2476.00Vpp36.0290.2747.00Vpp41.8450.2938.00Vpp48.3630.3069.00Vpp55.0810.31710.00Vpp61.0980.32511.00Vpp66.9140.33112.00Vpp73.4320.33613.00Vpp79.3480.3414.00Vpp85.4650.34415.00Vpp91.6820.34316.00Vpp97.5980.34117.00Vpp103.8150.33918.00Vpp109.9320.33519.00Vpp116.2490.33220.00Vpp122.1650.327七、數(shù)據(jù)圖線分析通過(guò)對(duì)磁滯回線的觀測(cè)，不難發(fā)現(xiàn)鐵磁材料的磁化一般分為四個(gè)階段：1.在外磁場(chǎng)較小時(shí)，通過(guò)疇壁的移動(dòng)造成磁疇體積的增大，最終導(dǎo)致樣品的磁化。此時(shí)如果去掉外磁場(chǎng)，疇壁又會(huì)退回原處，整個(gè)樣品回到磁中性狀態(tài)，即磁化可逆。2.第二階段是不可