一種基于諧振的磁場(chǎng)發(fā)生裝置及其設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于諧振的磁場(chǎng)發(fā)生裝置及其設(shè)計(jì)方法，相比于常見(jiàn)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其主要?jiǎng)?chuàng)新在于大幅提高了電到磁的轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)了低噪聲、低諧波磁場(chǎng)的產(chǎn)生。在確定磁場(chǎng)發(fā)生線圈和檢流電阻規(guī)格后，計(jì)算它們?cè)诠ぷ黝l率f下的串聯(lián)阻抗ZL；利用串聯(lián)阻抗ZL推算諧振電流比Iratio的最大值；根據(jù)期望的諧振電流比Iratio，濾波器截止頻率f1、f2，通帶紋波推導(dǎo)濾波器參數(shù)；最后對(duì)磁場(chǎng)發(fā)生裝置組裝調(diào)試。
【專利說(shuō)明】一種基于諧振的磁場(chǎng)發(fā)生裝置及其設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于磁場(chǎng)發(fā)生【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種基于諧振的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，更 具體地說(shuō)，涉及一種基于諧振原理的高效的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，用來(lái)產(chǎn)生高信噪比單頻磁場(chǎng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 磁現(xiàn)象是最早被人類(lèi)認(rèn)知的物理現(xiàn)象之一，中國(guó)古代四大發(fā)明之一的指南針就是 利用磁針在地磁場(chǎng)中受磁場(chǎng)力作用，從而加以辨別方向。在近代，一系列的革命性發(fā)現(xiàn)使得 人們認(rèn)識(shí)到電與磁之間密切的聯(lián)系，并利用已掌握的規(guī)律實(shí)現(xiàn)了電與磁之間的相互轉(zhuǎn)換。
[0003] 磁場(chǎng)在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，例如，磁性材料的磁學(xué)特性測(cè)量中， 就需要產(chǎn)生一定大小的磁場(chǎng)作為材料的磁化場(chǎng)。特別是需要精確測(cè)量這些磁性材料的物理 特性時(shí)，磁化場(chǎng)應(yīng)當(dāng)具有穩(wěn)定、低噪、無(wú)諧波的特點(diǎn)。
[0004] 目前常用的交流磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置性能主要取決于裝置內(nèi)部的功率放大器性能。當(dāng)實(shí) 驗(yàn)對(duì)磁化場(chǎng)有越高要求，功率放大器的性能要求越苛刻，有時(shí)甚至苛刻到現(xiàn)有技術(shù)難以實(shí) 現(xiàn)。為了降低裝置性能對(duì)功率放大器的依賴性，有必要設(shè)計(jì)一種新型的磁場(chǎng)發(fā)生裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于諧振的磁場(chǎng)發(fā)生裝 置以其設(shè)計(jì)方法。其目的在于大幅提高電到磁的轉(zhuǎn)換效率，由此解決低噪聲、低諧波磁場(chǎng)的 產(chǎn)生問(wèn)題。
[0006] 按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于諧振的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，所述裝置包括工 控機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、功率放大器、濾波器，以及磁場(chǎng)發(fā)生線圈和檢流電阻，其中：
[0007] 所述工控機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡之間雙向通信，工控機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡輸出激勵(lì)波形數(shù) 據(jù)，同時(shí)數(shù)據(jù)采集卡也向工控機(jī)反饋磁場(chǎng)發(fā)生線圈電流信息；
[0008] 數(shù)據(jù)采集卡的輸出端口連接至功率放大器，激勵(lì)波形通過(guò)功率放大之后先后作用 在濾波器、磁場(chǎng)發(fā)生線圈、檢流電阻上；
[0009] 數(shù)據(jù)采集卡通過(guò)采集檢流電阻電壓獲取磁場(chǎng)發(fā)生線圈電流信息。
[0010] 進(jìn)一步地，所述濾波器包括電阻1^，串聯(lián)電容Ci，串聯(lián)電阻Li相互串聯(lián)，并聯(lián)電容 c2，并聯(lián)電感。相互并聯(lián)，其中：
[0011] 電阻Ri，串聯(lián)電容Ci與串聯(lián)電阻U相互串聯(lián)；
[0012] 并聯(lián)電容(：2與并聯(lián)電感L2相互并聯(lián)；
[0013] 串聯(lián)的電阻Ri，串聯(lián)電容Ci與串聯(lián)電阻U，再與并聯(lián)的并聯(lián)電容C2與并聯(lián)電感L 2 串聯(lián)。
[0014] 按照本發(fā)明的另一方面，還提供了一種上述基于諧振的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)方 法，包括如下步驟：
[0015] (1)計(jì)算磁場(chǎng)發(fā)生磁場(chǎng)發(fā)生線圈和檢流電阻在工作頻率f下的串聯(lián)阻抗&，其中& =P+qj，E Z2為并聯(lián)電感L2與并聯(lián)電容C2在工作頻率f下的并聯(lián)阻抗，表示為Z 2 = aj ;
[0016] (2)繪制函數(shù)

【權(quán)利要求】
1. 一種基于諧振的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，所述裝置包括工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、功 率放大器、濾波器，以及磁場(chǎng)發(fā)生線圈和檢流電阻，其中： 所述工控機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡之間雙向通信，工控機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡輸出激勵(lì)波形數(shù)據(jù)， 同時(shí)數(shù)據(jù)采集卡也向工控機(jī)反饋磁場(chǎng)發(fā)生線圈電流信息； 數(shù)據(jù)采集卡的輸出端口連接至功率放大器，激勵(lì)波形通過(guò)功率放大之后先后作用在濾 波器、磁場(chǎng)發(fā)生線圈、檢流電阻上； 數(shù)據(jù)采集卡通過(guò)采集檢流電阻電壓獲取磁場(chǎng)發(fā)生線圈電流信息。
2. 如權(quán)利要求1所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，所述濾波器包括電阻Ri，串聯(lián)電容 Q，串聯(lián)電阻1^相互串聯(lián)，并聯(lián)電容C2，并聯(lián)電感。相互并聯(lián)，其中： 電阻，串聯(lián)電容G與串聯(lián)電阻Q相互串聯(lián)； 并聯(lián)電容C2與并聯(lián)電感L2相互并聯(lián)； 串聯(lián)的電阻札，串聯(lián)電容Q與串聯(lián)電阻Q，再與并聯(lián)的并聯(lián)電容(：2與并聯(lián)電感L2串聯(lián)。
3. -種如權(quán)利要求1或2所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述方法包括 如下步驟： (1) 計(jì)算磁場(chǎng)發(fā)生線圈和檢流電阻在工作頻率f下的串聯(lián)阻抗4，其中& = p+qj，記 Z2為并聯(lián)電感L2與并聯(lián)電容C2在工作頻率f下的并聯(lián)阻抗，表示為Z 2 = aj ; (2) 繪制函數(shù)=
曲線，找到曲線最大值對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)[a_，Imax]; (3) 將濾波器低截止頻率f2和參數(shù)a_帶入方程組
，求解并聯(lián)電 感1^2、并聯(lián)電容C2 ; (4) 將濾波器高截止頻率和參數(shù)7_帶入方程i
，求解串聯(lián)電感 U、串聯(lián)電容Q，其中yQpt為y的最佳取值，y為Zi的虛部，yQpt = -1 X imag (Z21 | Z3)，Zi為電 阻Ri，串聯(lián)電容Q，串聯(lián)電阻Q的串聯(lián)阻抗； (5) 仿真在不同電阻1^取值情況下，濾波器的幅頻特性，選擇合適的&以滿足通帶紋 波的要求。
【文檔編號(hào)】G01R33/12GK104297706SQ201410553325
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】劉文中, 楊明, 鐘景, 蔣玲 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)