本發(fā)明涉及一種磁性材料的磁滯回線測試裝置，涉及磁性材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

磁性材料在社會的生產(chǎn)實(shí)踐中有著廣泛的應(yīng)用，目前主要應(yīng)用于工程、電力、信息、交通等領(lǐng)域。因此人們必須了解磁性材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各個(gè)方面的物理特性，才能更好地將其應(yīng)用于生產(chǎn)科研中。測定B-H特征曲線（即磁滯回線）可以得到磁性材料特性的幾個(gè)重要的參數(shù)其中包括：飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、剩磁、矯頑力、磁導(dǎo)率、磁化曲線等參數(shù)。測量磁性材料的B-H特征曲線是電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，是研究磁性材料特性的最有效的方法之一。目前，國內(nèi)常用的磁性材料B-H特征曲線測試裝置有電子積分法和示波器法，并且隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，各種與科學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的專業(yè)數(shù)據(jù)分析及科學(xué)繪圖軟件也相應(yīng)誕生，例如在軟件上對所測的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合繪制出B-H特征曲線。目前測量B-H特征曲線的測試裝置還存在許多缺點(diǎn)，比如測量范圍窄，勵磁電流小，勵磁頻率較低，測量精確度不高，體積大，價(jià)格昂貴等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種針對勵磁信號發(fā)生源的新方案，從而有效地提高了磁性材料的測量范圍和B-H特征曲線精確度以及穩(wěn)定性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種磁性材料B-H特征曲線寬頻測試裝置，其特征在于：由勵磁信號發(fā)生電路、磁性材料測試電路、顯示電路、電源模塊及MCU構(gòu)成，所述勵磁信號發(fā)生電路由DDS模塊、信號調(diào)理模塊、鋸齒波發(fā)生電路、脈寬調(diào)制電路、全橋驅(qū)動電路、逆變電路及LC濾波電路構(gòu)成；所述磁性材料測試電路由磁性材料、電流采樣電路、RC積分轉(zhuǎn)換、高速AD采集電路構(gòu)成；所述MCU控制所述DDS模塊產(chǎn)生正弦信號；所述電源模塊對所述MCU與逆變電路進(jìn)行供電，所述勵磁信號發(fā)生電路產(chǎn)生的勵磁信號作用于所述磁性材料測試電路中磁性材料的初級線圈上，磁性材料的次級線圈與初級線圈耦合獲得感應(yīng)電壓，通過所述高速AD采集電路連續(xù)采集磁場強(qiáng)度H的電壓信號以及磁感應(yīng)強(qiáng)度B的電壓信號。

本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括所述電源模塊由BUCK降壓電路、反激電路與數(shù)控調(diào)節(jié)電路構(gòu)成，所述反激電路將交流的220V電流轉(zhuǎn)化為+15V-30V的可調(diào)電壓Vin輸出，采用兩路所述BUCK降壓電路將Vin分別降壓為+12V和+5V輸出，同時(shí)將Vin通過所述數(shù)控調(diào)節(jié)電路反向降壓得到-5V電壓輸出，最后將+5V電壓線性降壓得到+3.3V電壓輸出。

本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括還包括對所述逆變電路進(jìn)行電流檢測反饋的電流反饋電路，所述電流反饋電路與所述信號調(diào)理模塊連接，以動態(tài)反饋調(diào)整正弦信號。

本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括所述勵磁信號發(fā)生電路還包括短路保護(hù)電路，所述短路保護(hù)電路與所述全橋驅(qū)動電路及所述逆變電路連接。

本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括所述磁性材料測試電路中還可通過外接示波器提取磁場強(qiáng)度H的電壓信號以及磁感應(yīng)強(qiáng)度B的電壓信號。

本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括所述MCU可外接液晶屏、觸摸屏，所述觸摸屏通過與所述MCU連接的控制器控制。

本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括所述MCU還可外接按鍵、存儲卡、USB。

本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括所述觸摸屏為電阻式觸摸屏。

本發(fā)明解決了背景技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的磁性材料B-H特征曲線寬頻測試裝置采用由SPWM信號控制的全橋逆變電路產(chǎn)生勵磁信號，并改進(jìn)輸出顯示，使顯示更直觀，具有測試精度可靠，工作穩(wěn)定，體積小，輸出直觀，操作方便，價(jià)格相對較低等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)功能框圖；

圖2是B-H特征曲線測試回路；

圖3是電源結(jié)構(gòu)圖；

圖4是反激電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖5是BUCK降壓電路；

圖6是反向降壓拓?fù)潆娐罚?/p>

圖7是反激電路輸出電壓反饋電路圖；

圖8是正弦調(diào)制信號發(fā)生電路和高度AD采樣電路圖；

圖9是正弦信號調(diào)理電路圖；

圖10是鋸齒波發(fā)生電路圖；

圖11是正弦調(diào)制信號與鋸齒波信號比較電路圖；

圖12是SPWM信號控制方式示意圖；

圖13是全橋驅(qū)動及逆變電路圖；

圖14是逆變電路的電流反饋及放大電路圖；

圖15是勵磁信號源的短路保護(hù)電路圖；

圖16是液晶顯示電路；

圖17是液晶顯示界面圖；

圖18是程序控制流程圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

如圖1所示，本發(fā)明是提供一種磁性材料B-H特征曲線測試裝置的技術(shù)方案，此裝置主要由勵磁信號發(fā)生電路、磁性材料測試電路、顯示電路電源模塊及MCU組成。勵磁信號源的硬件方案采用全橋逆變技術(shù)和正弦脈寬調(diào)制（SPWM）技術(shù)，將正弦調(diào)制信號與鋸齒波信號比較合成SPWM信號控制全橋逆變電路工作，并在輸出端濾波后得到高電壓（V_P-Pmax=60V）、大電流（I_max=2A）、頻率較高且可調(diào)（1kHz-50kHz）的勵磁信號。輸出的勵磁信號送入磁性材料測量電路，將磁性材料磁化飽和。根據(jù)電磁學(xué)中的物理定理，將磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度分別用電壓表示，并用高速AD采集電路實(shí)時(shí)采集兩路電壓信號，采集到的信號送到MCU（微處理器）運(yùn)算處理后再將結(jié)果通過觸摸液晶屏直觀顯示磁性材料的B-H特征曲線和相關(guān)特性參數(shù)。如果外接示波器可同時(shí)將磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度對應(yīng)的電壓信號分別送到示波器的X、Y通道，實(shí)現(xiàn)對磁性材料的B-H特性曲線間接的電壓信號顯示。電源負(fù)責(zé)對所有電路供電，并主要負(fù)責(zé)全橋逆變電路供電。

為實(shí)現(xiàn)磁性材料B-H特征曲線直觀的可視化輸出，本發(fā)明利用安培環(huán)路定律、法拉第電磁感應(yīng)定律等物理定律，將磁性材料的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度通過電壓線性表示。通過兩種途徑，一種是通過高速AD采集電路采集磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的電壓表示值，經(jīng)MCU運(yùn)算處理后用液晶屏顯示出B-H特征曲線；第二種途徑是將磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的電壓表示值通過示波器直接顯示出磁性材料的B-H特征曲線。

將測試樣品均勻纏繞原邊線圈和副邊線圈。當(dāng)樣品中的原邊線圈輸入勵磁電壓時(shí)，產(chǎn)生磁化的電流，將樣品磁化。測試電路原理圖及顯示電路連接如圖2所示。

根據(jù)安培環(huán)路定律，磁化后的磁場強(qiáng)度為(式中為平均磁路長度):

（1）

根據(jù)歐姆定理，可得:

（2）

聯(lián)立（1）式與（2）式

（3）

式中，，均為已知常數(shù)，所以由可確定，將用AD采集后再在MCU中經(jīng)公式（3）處理后便可在液晶屏中用橫坐標(biāo)表示。將輸入至示波器X通道，其輸入在熒光屏上電子束水平偏轉(zhuǎn)的大小與樣品中的磁場強(qiáng)度成正比。

當(dāng)原線圈流過磁化電流時(shí)，將在樣品中產(chǎn)生交變的磁場，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為。假設(shè)樣品磁路的截面積為，穿過該截面的磁通量。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知, 在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢為

（4）

移項(xiàng)后積分可得

（5）

則磁感應(yīng)強(qiáng)度為

（6）

次級回路的電壓方程為

（7）

如果忽略掉自感電動勢和電路損耗，則次級的回路方程為:

（8）

為感生電流，為電容兩端電壓。設(shè)在內(nèi)，向電容的充電電量，則

（9）

將根據(jù)電流定義關(guān)系可得：

（10）

將（10）式帶入（9）式中，可得:

（11）

將（11）式帶入（6）中可得:

（12）

因?yàn)轭l率為50KHz，很大，則的值為：

（13）

可見與成正比, 將用AD采集后再在MCU中經(jīng)公式（13）處理后便可在液晶屏中用縱坐標(biāo)表示。將輸入示波器Y通道，示波器Y輸入在熒光屏上電子束豎直方向偏轉(zhuǎn)的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比。示波器進(jìn)行X-Y雙通道顯示，即可顯示出磁性材料B-H特征曲線。從而測定樣品的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、剩磁、矯頑力、磁導(dǎo)率等參數(shù)。

如圖3所示為電源結(jié)構(gòu)圖。市電220V交流輸入，經(jīng)反激電路處理后穩(wěn)定輸出一路10V-30V的可調(diào)電壓Vin，額定電流2A，此電壓用于給勵磁信號源發(fā)生電路中的全橋電路供電。電壓Vin經(jīng)兩路BUCK斬波電路后得到一路+12V電壓和一路+5V的電壓。Vin再經(jīng)一路反向降壓電路后得到一路-5V的電壓。最后將將+5V電壓線性降壓得到一路+3.3V額定電壓，這些電壓主要給系統(tǒng)中的各芯片和運(yùn)放供電。

如圖4所示為反激電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。市電220V交流電壓輸入，經(jīng)由X電容，Y電容，共模電感組成的EMI濾波后，再經(jīng)過二極管整流后得到380V的直流電壓。此電壓作用到高頻變壓器的初級線圈再經(jīng)MOS管Q6和電流采樣電阻R42連接到地?？刂破骺刂破銹WM信號OUT輸出端輸出一個(gè)100kHz的高頻開關(guān)信號作用于MOS管的柵極?？焖匍_關(guān)導(dǎo)通的MOS管在變壓器中產(chǎn)生一個(gè)快速交變的磁場，并將初級線圈的電壓信號耦合到次級線圈輸出。在變壓器的次級產(chǎn)生的感應(yīng)電壓經(jīng)過肖特基二極管整流和高頻電解電容以及鉭電容濾波后輸出一路穩(wěn)定的電壓Vin。

如圖5所示為BUCK降壓電路圖。反激電路輸出的電壓Vin(15V-30V)經(jīng)過兩個(gè)BUCK降壓電路分別得到一路+12V的電壓和一路+5V的電壓VCC。其工作原理為，當(dāng)控制器U23和U24分別控制MOS管在一個(gè)周期中導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓給輸出端的電容充電。MOS管關(guān)斷時(shí)，續(xù)流二極管導(dǎo)通，這時(shí)輸出電壓近似為零。一個(gè)周期結(jié)束后，再驅(qū)動MOS管導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。輸出電壓大小通過輸出端的兩個(gè)反饋電阻來調(diào)節(jié)。

如圖6所示為反向降壓拓?fù)潆娐?。反激電路輸出的電壓Vin(15V-30V)經(jīng)過該電路得到一路-5V的電壓VSS。

如圖7所示為反激電路輸出電壓的反饋控制電路圖。為了滿足負(fù)載變化較大時(shí)的供電要求，提高輸出電壓的穩(wěn)定度，采用了一種從變壓器副邊繞組的輸出端取樣電壓進(jìn)行反饋的控制電路。電壓采樣反饋電路有光耦和三端穩(wěn)壓器及與之相連的阻容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。其控制原理如下：輸出電壓經(jīng)R3和R5分壓后得到采樣電壓，此采樣電壓與三端穩(wěn)壓器提供的2.5V參考電壓相等，則三端穩(wěn)壓器的K極電位不變，流過光耦二極管的電流不變，流過光耦CE的電流不變，控制器的COMP腳電位穩(wěn)定，輸出驅(qū)動的占空比不變，輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值不變。當(dāng)輸出電壓因某種原因偏高時(shí)，經(jīng)分壓電阻的分壓值就會大于2.5V，則三端穩(wěn)壓器的K極電位上升，流過光耦二極管的電流增大，則流過光耦CE的電流增大，控制器的COMP腳電位下降，OUT腳輸出驅(qū)動脈沖的占空比下降，輸出電壓降低，這樣就完成了反饋穩(wěn)壓的過程。此電路通過輸出端采樣后通過光電隔離反饋到控制器的COMP腳，略過了控制其內(nèi)部的放大器，縮短了傳輸時(shí)間使電源的動態(tài)響應(yīng)更快。同時(shí)利用三端穩(wěn)壓器內(nèi)部的高增益誤差放大器，保證了高控制精度。這種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，外接元件較少，而且在電壓采樣電路中采用了三端可調(diào)電壓基準(zhǔn)，使得輸出電壓在負(fù)載發(fā)生較大的變化時(shí)基本上保持不變。實(shí)驗(yàn)證明該電路具有很好的穩(wěn)壓效果。

反激電路輸出電壓Vin的調(diào)節(jié)主要依靠調(diào)節(jié)數(shù)字電位器R5的阻值大小，三端穩(wěn)壓器的K極維持一個(gè)相對恒定的2.5V電壓，因此調(diào)節(jié)電阻R3和R5的比值便可以調(diào)節(jié)輸出端電壓Vin的電壓值。此數(shù)字電位器阻值在（40-10K）之間，其內(nèi)包含有99個(gè)電阻單元的電阻陣列，在每個(gè)單元之間和兩個(gè)端點(diǎn)都有被滑動單元訪問的抽頭訪問點(diǎn)?；瑒訂卧奈恢糜蒀S、U/D和INC三個(gè)輸入端控制，一旦位置選定后，可存放在非易失性存儲器中，因而在下一次上電時(shí)可重新調(diào)用。CS、U/D和INC三個(gè)輸入端能控制滑動端在電阻陣列中的移動位置，當(dāng)CS為低電平時(shí)，數(shù)字電位器被選中，這時(shí)INC和U/D輸入端才能接受信號。當(dāng)INC輸入引腳由高電平變換為低電平時(shí)，可能增加或減小一個(gè)7位計(jì)數(shù)器的值，這主要決定U/D輸入引腳的電平，當(dāng)U/D為高電平，計(jì)數(shù)器的值增加；當(dāng)U/D為低電平，計(jì)數(shù)器的值減小。7位可逆計(jì)數(shù)器輸出譯碼后，立即進(jìn)行一百選一的操作，從而使滑動端的位置沿著電阻陣列移動，當(dāng)滑動端位于一個(gè)固定點(diǎn)時(shí)，就像等效的機(jī)械滑動端那樣，不會移到超出終端位置，即計(jì)數(shù)器達(dá)到一個(gè)極限端（0000000或1111111）時(shí)，不會循環(huán)往復(fù)。

如圖8所示為DDS正弦調(diào)制信號發(fā)生單元和AD采集單元。調(diào)制信號發(fā)生單元采用ADI公司的AD9850作為核心器件，它接125MHz的有源晶振作為輸出信號的參考時(shí)鐘。AD9850的輸出頻率主要由參考時(shí)鐘和頻率轉(zhuǎn)換字決定，它們的關(guān)系為。AD9850中內(nèi)部含有一個(gè)32位的相位累加器，通過改變32bit相位累加器內(nèi)部的控制字，便可以實(shí)現(xiàn)對2π圓周進(jìn)行個(gè)等分，即其變化范圍為。為輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘。AD9850添加少部分外圍元器件，并通過串行接口與MCU通信，MCU對AD9850初始化并發(fā)出頻率控制字后，AD9850內(nèi)部產(chǎn)生固定頻率的數(shù)字正弦信號，該信號再通過內(nèi)部的10位高速DA轉(zhuǎn)換為固定頻率輸出的模擬正弦信號。

在AD采樣轉(zhuǎn)換單元中,選用高速AD芯片THS10082作為核心器件。此芯片具有雙通道同時(shí)采樣能力，采樣速率高，雙通道采樣時(shí)單個(gè)通道的采樣速率達(dá)到4-MSPS（每秒采樣400萬次）,10位的采樣精度，具有連續(xù)采樣或單次采樣兩種轉(zhuǎn)換模式。結(jié)合本發(fā)明選用連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，雙通道同時(shí)采樣。由于勵磁信號的最高頻率為50kHz，因此，此芯片的采樣速率完全能將磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的電壓信號準(zhǔn)確采集并轉(zhuǎn)換到液晶屏上顯示。

如圖9所示為DDS輸出正弦信號的調(diào)理電路。此電路主要由兩級運(yùn)放組成，第一級運(yùn)放及相連的電阻電容構(gòu)成二階有源低通濾波電路，既可以濾去電路中的高頻諧波又可以將DDS輸出正弦信號的平衡位置偏移到坐標(biāo)系Y軸為0的位置。第二級運(yùn)放及其相關(guān)的電阻電容構(gòu)成加法電路，將前級運(yùn)放輸出的信號與電流檢測放大反饋信號I_pcs相疊加，從而控制SOUT輸出正弦調(diào)制信號的峰值。

如圖10所示為鋸齒波發(fā)生電路。此電路由前后兩個(gè)運(yùn)放及相關(guān)電阻電容構(gòu)成，前級的運(yùn)放為磁滯比較電路，后級運(yùn)放組成積分電路。前級運(yùn)放將后級運(yùn)放輸出的三角信號與參考電壓VDD比較后輸出頻率為的方波信號，方波信號經(jīng)過后級運(yùn)放的積分電路后輸出頻率為的三角載波信號。TOUT端輸出三角信號頻率。

如圖11所示為正弦調(diào)制信號與鋸齒波信號運(yùn)放比較電路。將圖9和圖10中電路得到的正弦調(diào)制信號和鋸齒波信號通過比較器構(gòu)成的比較電路，便可輸出一路SPWM信號。再通過相同的比較電路，在另一個(gè)運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端，交換正弦信號和三角信號的位置，便可得到另一路頻率相同但相位相反的SPWM信號。

如圖12所示為SPWM信號控制方式。本發(fā)明的SPWM控制方式采用雙極性控制方式。在的一個(gè)周期內(nèi)，輸出的SPWM波只有Ud兩種電平，而不是像單極性控制時(shí)還有零電平。在調(diào)制信號和載波信號的交點(diǎn)時(shí)刻控制各開關(guān)器件的通斷。在的正負(fù)半周，對各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同。即當(dāng)>時(shí),給Q1和Q4以導(dǎo)通信號,給Q2和Q3以關(guān)斷信號,輸出電壓=Ud。當(dāng)<時(shí)，給Q2和Q3以導(dǎo)通信號，給Q1和Q4以關(guān)斷信號，輸出電壓=-Ud。圖中下面的坐系中的表示一路SPWM控制信號，虛線表示全橋逆變電路輸出端濾波后得到的勵磁信號。

如圖13所示為全橋驅(qū)動及逆變電路圖。兩路相位相反的SPWM信號分別送到兩個(gè)驅(qū)動芯片的IN引腳端。其中驅(qū)動芯片U3控制著MOS管Q1和Q3，U10控制著MOS管Q2和Q4。Q1和Q3以及Q2和Q4的導(dǎo)通相位角分別相差180度，即當(dāng)Q1和Q4同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，Q2和Q3同時(shí)關(guān)閉。這樣全橋電路結(jié)構(gòu)在SPWM信號的控制下，在Q1的源極和VCS1兩點(diǎn)間也會產(chǎn)生一個(gè)電壓幅值為Vin的SPWM波，再將此SPWM信號進(jìn)行LC濾波后便可以從SIN+和SIN-端得到所需的勵磁信號。這里的MOS管選擇需要開關(guān)速率快且大于500kHz才能滿足高頻的SPWM信號控制，還需要導(dǎo)通電阻小才可減少功耗和降低發(fā)熱。綜上理由，此處選擇IRF1010作為開關(guān)MOS管，此管的漏源擊穿電壓為55V，導(dǎo)通電阻為11m，最大漏極電流為85A，且開關(guān)動作的上升、下降時(shí)間均在幾十ns級。完全可以滿足本電路的設(shè)計(jì)要求。

如圖14所示為逆變電路的電流反饋及放大電路圖。其核心器件是一片隔離放大芯片HCPL-7800和一片差分運(yùn)放放大芯片。此電路結(jié)構(gòu)主要用于動態(tài)反饋調(diào)整正弦調(diào)制信號在Y軸上的位置使其能與鋸齒波信號順利的合成SPWM信號。反饋的后端連接參見圖9中的電路。當(dāng)全橋電路結(jié)構(gòu)中Q1的源極和VCS1兩點(diǎn)兩點(diǎn)間的SPWM電壓波形正常時(shí)，SIN-點(diǎn)檢測到的電位應(yīng)為零，此時(shí)隔離放大器輸出的兩個(gè)電壓值相等且為2.5V，所以后級差分放大電路Ipcs輸出端的電壓為0。當(dāng)正弦調(diào)制信號在Y軸上偏高時(shí)，SIN-點(diǎn)有一個(gè)正的電位，隔離放大器的7腳電位會高于6腳的電位，于是差分放大運(yùn)放會在Ipcs端輸出一個(gè)負(fù)的直流電壓，此電壓將會在如圖9所示的電路中與正弦調(diào)制信號疊加，重新將調(diào)制信號偏移到Y(jié)軸的正常位置。當(dāng)調(diào)制信號在Y軸上偏低時(shí)情況類似。

如圖15所示為勵磁信號源的短路保護(hù)電路。當(dāng)全橋電路的輸出端電流突然增大時(shí)，如圖13中的VBS會增大，當(dāng)VBS增達(dá)到磁滯比較的上門限電壓：

（14）

磁滯比較運(yùn)放輸出反轉(zhuǎn)并輸出一個(gè)低電平，經(jīng)過反相器反轉(zhuǎn)后變?yōu)楦唠娖酵瑫r(shí)將MOS管Q5導(dǎo)通，于是驅(qū)動芯片的SD引腳都被拉低，驅(qū)動芯片不使能，此時(shí)全橋電路中的所有MOS管均截止。當(dāng)沒有電流激增時(shí)，VBS會小于磁滯比較的下門限電壓：

（15）

比較器輸出以高電平，經(jīng)反向后變?yōu)榈碗娖剑琈OS管Q5截止，SD引腳默認(rèn)為高電平，驅(qū)動芯片使能正常工作。這樣就起到了一個(gè)短路保護(hù)的功能。

本發(fā)明采用一種基于ARM7微處理器STM32F103Z接口的5.0寸液晶觸摸屏，常用型號有LH500WX1-SD03、ACX443AKM-7、KD050C-1-TP 、AM-800480AATMQW-T00H等，它們具有精度高、彩色顯示逼真、應(yīng)用靈活等特點(diǎn)，可以作為中高端電子產(chǎn)品字符、圖像的顯示及人機(jī)對話的窗口。

液晶顯示的總體方案原理如圖16所示。液晶觸摸屏系統(tǒng)由5.0寸TFT 液晶屏模塊、觸摸屏和ARM微處理器組成，具體參見圖1總體功能框圖。觸摸屏由觸摸傳感器和觸摸屏控制器ADS7843組成，觸摸傳感器安裝在LCD液晶屏前面，用于檢測用戶觸摸位置，用戶觸摸信息送往ADS7843控制器，并轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，送給MCU。MCU根據(jù)接收到的觸摸信息，進(jìn)行信號的運(yùn)算和處理，控制液晶屏實(shí)現(xiàn)用戶畫面和數(shù)據(jù)的顯示。

液晶控制器由16位并行數(shù)據(jù)接口、內(nèi)部控制器和LCD驅(qū)動器組成。液晶數(shù)據(jù)傳輸方式為16位并行方式。PF11為亮度驅(qū)動控制輸入，經(jīng)npn三極管放大后作為液晶背光。觸摸屏部分由觸摸傳感器部件和觸摸屏控制器ADS7843組成。將圖8中的高速AD芯片采集圖2中所示的u1和uc兩路磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度對應(yīng)的電壓信號，將采集到的數(shù)據(jù)送到微處理器運(yùn)算轉(zhuǎn)換處理后，將結(jié)果送到液晶屏上，并顯示出B-H特征曲線和對應(yīng)的相關(guān)特性參數(shù)。

如圖17所示為此B-H特征曲線的液晶顯示界面，其中包含磁性材料型號，以及圖中所示的相關(guān)固定參數(shù)，包括磁性材料初級線圈匝數(shù)和副線線圈匝數(shù)，平均磁路長度，樣品橫截面積S，積分電容C及電流檢測電阻R1，積分電阻R2。根據(jù)顯示屏上的公式得到出磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B與這些固定參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。

如圖18所示為MCU的程序控制流程圖。首先程序開始，然后初始化MCU和各芯片的寄存器和引腳。接著進(jìn)入while循環(huán)，循環(huán)中先執(zhí)行AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子函數(shù)，接著執(zhí)行液晶顯示子函數(shù)，接著判斷是否有數(shù)據(jù)存儲到存儲器或是從USB中讀取存儲卡中的數(shù)據(jù)，有則執(zhí)行相應(yīng)的子函數(shù)，無則判斷按鍵中斷。當(dāng)沒有鍵按下直接返回到while循環(huán)開始處；當(dāng)有鍵按下則執(zhí)行相應(yīng)的中斷，并執(zhí)行相應(yīng)的按鍵請求函數(shù)。執(zhí)行完后返回到while循環(huán)的開頭繼續(xù)執(zhí)行。

綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、勵磁信號電流大。本發(fā)明的勵磁信號源采用了功率電子學(xué)中的全橋逆變技術(shù)，由模擬的鋸齒波信號和正弦調(diào)制信號比較得到的SPWM（Sinusoidal PWM，正弦脈寬調(diào)制PWM）信號來控制全橋逆變電路中MOS管的工作方式。全橋逆變技術(shù)在逆變開關(guān)電源中有著廣泛的應(yīng)用，它的輸出功率比推挽式開關(guān)電源大很多，由此帶來較大的勵磁電流（Imax=2A）可以更容易使磁性材料達(dá)到磁飽和狀態(tài)。

2、勵磁信號頻率寬。本發(fā)明中的勵磁信號源采用數(shù)字信號合成技術(shù)，即將MCU控制DDS（Direct Digital Synthesizer，直接數(shù)字式頻率合成器）芯片產(chǎn)生的正弦信號作為合成SPWM信號的調(diào)制信號。DDS輸出信號的頻率分辨率高、輸出頻點(diǎn)多、可達(dá)2的N次方個(gè)頻點(diǎn)(N為相位累加器位數(shù))。它在本發(fā)明中的應(yīng)用可以使輸出勵磁信號的頻率在1kHz-50kHz之間且可調(diào)，從而可顯著增加磁性材料的測量范圍，尤其適用于高頻軟磁材料的測量。

3、電源采用開關(guān)電源技術(shù)。本發(fā)明需要+15V-30V可調(diào)的電源、+12V、+5V、+3.3V、-5V為系統(tǒng)提供供電。電源模塊中首先由反激AD-DC電源技術(shù)將市電轉(zhuǎn)化為+15V-30V的可調(diào)電壓Vin輸出。電壓調(diào)節(jié)由數(shù)字電位器通過MCU和觸摸屏共同完成。接著采用兩路BUCK直流斬波（Buck Chpper）電路將Vin分別降壓為+12V和+5V輸出，同時(shí)將Vin通過反向降壓電路得到-5V電壓輸出。最后將+5V電壓線性降壓得到+3.3V電壓輸出。相比傳統(tǒng)線性電源供電，大量采用開關(guān)電源技術(shù)使本作品的工作效率大大提高，總功耗大大降低，同時(shí)減小了本發(fā)明的總體積。

4、測試電路結(jié)構(gòu)簡單。磁性材料上饒有初次級勵磁線圈，勵磁信號作用于磁性材料的初級線圈，由法拉第電磁感應(yīng)定律在次級線圈上獲得感應(yīng)電壓，然后用高速雙通道AD同時(shí)連續(xù)采樣初級回路中電流采樣電阻上的磁場強(qiáng)度H的電壓信號和次級回路中積分電容上的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的電壓信號?；蛘咧苯佑檬静ㄆ鞯腦、Y通道分別提取出H和B的電壓信號。此電路具有結(jié)構(gòu)和原理簡單，H和B的采樣信號穩(wěn)定可靠，為最終在屏幕上準(zhǔn)確地顯示B-H特征曲線提供了可靠的保證。

5、輸出顯示直觀。本發(fā)明采用以ARM為核心處理器，高速AD芯片實(shí)時(shí)采集測量數(shù)據(jù)，MCU將采集的數(shù)據(jù)計(jì)算處理并通過觸摸液晶屏直觀顯示出來。得到的B-H曲線不需要再經(jīng)電腦上的軟件繪圖處理，通過觸摸屏操作便可方便查看各參數(shù)及B-H曲線。本發(fā)明的另一大特點(diǎn)是預(yù)留了與示波器雙通道相連的接口，使得測量曲線不僅可以通過液晶屏顯示也可以在示波器上觀察，利用示波器強(qiáng)大的信號動態(tài)分析能力可以單獨(dú)分析磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場強(qiáng)度H信號的動態(tài)變化過程，以及B-H曲線對應(yīng)的電壓信號的合成過程，方便深入研究磁性材料的特性。

6、數(shù)據(jù)可存儲讀取。本系統(tǒng)中通過高速AD采集的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場強(qiáng)度H的電壓信號數(shù)據(jù)會存儲到存儲卡上，并以.txt文件保存。并且還可以將B-H特征曲線以圖片格式保存到存儲卡中。通過觸摸屏操作可以在液晶屏上讀取這些數(shù)據(jù)或圖片等信息。系統(tǒng)留有USB接口，通過U盤可以讀出圖片或?qū)?shù)據(jù)讀取到電腦上保存成Excel格式，經(jīng)過相關(guān)的繪圖軟件如Origin繪圖分析。

7、體積較小成本較低。本發(fā)明所測得的磁性材料的數(shù)據(jù)是通過MCU處理并通過液晶屏顯示，通過觸摸屏操作來分析磁性材料的特性。因此本測試裝置不依賴電腦或示波器來觀察數(shù)據(jù)，系統(tǒng)體積大大減小，成本也會降低許多。

本發(fā)明的磁性材料B-H特征曲線寬頻測試裝置采用由SPWM信號控制的全橋逆變電路產(chǎn)生勵磁信號，并改進(jìn)輸出顯示，使顯示更直觀。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，確定了測量裝置的最佳參數(shù)選擇。實(shí)驗(yàn)測試充分證明本發(fā)明具有測試精度可靠，工作穩(wěn)定，體積小，輸出直觀，操作方便，價(jià)格相對較低等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的提出對磁性材料在實(shí)際工程中的應(yīng)用具有積極的意義。

以上依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定技術(shù)性范圍。