利用labview實現磁化曲線和磁滯回線的測量實驗報告

1、利用LabVIEW測量磁化曲線和磁滯回線姓名：焦賽一學號：201211141025提交時間：2014.05.30利用LabVIEW測量磁化曲線和磁滯回線一、實驗目的觀察鐵磁材料的磁化和磁滯現象，用labview觀察、測量磁滯回線和磁化曲線。 二、實驗儀器待測樣品，信號發(fā)生器，九孔電路實驗板（含標準電阻、連接導線等）,電腦（安裝有LabVIEW和DAQ助手）三、實驗原理（一）磁學簡介物質的磁性可分為弱磁性和強磁性兩大類。弱磁性僅在有外磁場的條件下才表現出來，并隨著磁場的增大而增強。按磁化方向和外場方向的異同，弱磁性又分為抗磁性和順磁性；強磁性主要表現為在沒有外場時仍存在自發(fā)磁化，并在外場下通常表

2、現出很強的磁性。根據其自發(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。在實際應用中，一般通過許多特征曲線對鐵磁材料的技術特性進行表征?，F將有關的曲線介紹如下：初始磁化曲線 在熱退磁的磁中性狀態(tài)下，當磁場絕對值單調增加時，樣品的磁化強度M（或磁感應強度B）隨磁場強度H的變化軌跡（如圖1曲線中的o-f-a段）。磁滯回線 當磁場強度在之間循環(huán)變化時，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 將不同飽和磁場下得到的磁滯回線的頂點連接起來所得到的曲線（如圖2所示）。測量該曲線前樣品需要退磁。理想磁化曲線（無磁滯的磁化曲線） 在獲得換向磁化

3、曲線的每一個恒定磁場上，再加上一個振幅自某一值變至零的交變磁場，由此得到的磁化強度M隨恒定磁場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和繪制本實驗中觀測磁滯回和測量磁化曲線，其基本原理都是利用電磁感定律，將磁場的改變量轉化為電動勢（電壓）進行測量。實驗原理圖如下：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。被測樣品被做成圓環(huán)形，其等效

4、長度為（圖中曲線）。樣品上面繞有原邊和副邊兩組線圈，其匝數分別為N1和N2。觀測時在原邊輸入交流電壓，產生交變的磁化電流i1。圖中R1為采樣電阻，用以測量原邊的電流。由安培環(huán)路定律可算得磁場強度H為 (1) 副線圈電路為積分電路，交變的H在樣品中產生交變的磁感應強度B。設被測樣品的截面積S，穿過該截面的磁通BS，由法拉第電磁感應定律可知，在副邊線圈中將產生的感應電動勢為 （2）對（2）式做變形整理積分為B=-1N2Ss dt=KBs dt， （3）測量出副線圈兩端的感生電動勢s關于時間t的函數，之后進行積分后再乘上修正系數KB，即可得到磁感應強度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，即磁感應強度B關于磁場強度H的關系，各條磁滯回線頂點的連線便是基本磁化曲線。四、實驗設計基本的實驗原理上邊的表述清楚了，下面我們分析一下具體需要測量哪些數據以及怎樣用LABVIEW編程實現。由上面原理可知我們按照圖示原理圖連接電路后，主線圈的輸入電壓由信號發(fā)生器提供，手動改變輸入信號的幅度從而測得多條磁滯回線。連接好電路后，實驗的關鍵在于電腦多次讀取主線圈電路內電阻R1兩端的電壓和副線圈兩端電壓分別關于時間t的波形函數。之前這些工作我們是用示波器實現的，現在用LabVIEW編程實現，結合課上老師講解的內容，我想到利用數據采集卡來讀取數據并記錄。下面結合編程過程簡單介紹一下我的實驗設計思

6、路：注：截圖一為程序框圖截圖，截圖二為前面板截圖1.數據采集：首先鍵入DAQ助手，設為兩路電壓信號采集，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勢s。注：采樣數和采樣頻率的設置要合適2.數據轉換處理：采集到的數據做信號分路之后:a.R1兩端的電壓直接乘以KH做系數修正,之后便得到了H-t波形數據; b.副線圈兩端的感生電動勢積分后乘以KB做系數修正,之后便得到了B-t波形數據。注：此處在實驗中出現了問題，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，在老師的提醒下對圖形做了平移修正，利用幅值和電平測量讀取出波形的周期平均，之后將原有的數據減去周期

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，為以后的數據分析提供了更多的資料。3.修正系數KH和KB的確定：利用公式節(jié)點器實現，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N1、副線圈匝數N2等基本量的數值，在公式節(jié)點器中輸入公式，即可計算得到修正系數KH和KB。4.磁滯回線的繪制：建立一個X-Y Express圖表，將測量到的H作為X，B作為Y輸入到圖表中即可。5.數據的記錄：上面的工作完成后，基本的測量工作都已經完成了，現在最重要的就是數據記錄，我們要記錄的數值便是鍵入X-Y Expr

8、ess圖表中X值和Y值，實驗中我是建立了一個二維數組并將這兩組數據記錄在其中，之后再用txt文件導出數據即可。截圖一截圖二五、實驗內容1.按照上述設計過程將電路和數據采集卡連接好，開始實驗；2.手動改變信號發(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，每次改變幅值后點擊前面板運行旋鈕，觀察波形并將數據記錄為txt文件導出。（注意txt文件每次命名不一樣，以防數據丟失）六、數據處理1.磁滯回線的繪制將存儲的數據畫在一張圖表中，得到的圖線如下：2.磁化曲線的繪制將每個輸入電壓下的曲線的頂點坐標從記錄的數據中讀取出來后，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、數據圖線分析通過對磁滯回線的觀測，不難發(fā)現鐵磁材料的磁化一般分為四個階段：1.在外磁場較小時，通過疇壁的移動造成磁疇體積的增大，最終導致樣品的磁化。此時如果去掉外磁場，疇壁又會退回原處，整個樣品回到磁中性狀態(tài)，即磁化可逆。2.第二階段是不