四位半程控高速高斯计在磁学测量系统应用中的优势

  仪器信息网 ·  2011-04-11 17:29  ·  41427 次点击
程控高斯计产品F1205/F1206/F1207/F1208及其对应的交直流型号F1215/F1216/F1217/F1218具有四位半(1/30000量程)的高分辨率,提供高至20读数/s的高速直流磁场测量能力,并标准配置RS-232C(串口)和USB计算机接口,以及适于测量系统应用的外部触发测量能力。
大多数磁学测量系统需要由电磁方法产生可调整的直流磁场。电磁装置通常为电流激励下的导电线圈,例如内部配置铁芯用于产生强磁场的电磁铁,以及空心的用于产生大范围空间均匀弱磁场的亥姆霍兹线圈对。
在可变电流控制下,例如通过F2030程控功率电流源进行激励,这些装置产生连续变化的直流磁场,从而实现磁场扫描。磁场扫描广泛用于各种材料的磁学和电学参数测量系统,例如振动样品磁强计VSM和磁电阻或磁致伸缩效应测量系统。
在类似的系统应用中,高速四位半高斯计可提供更高测量性能,并在以下方面具有显著优势:
(1)高分辨率提供细节观测能力
在振动样品磁强计VSM应用中,硬磁材料的磁矩在磁化、退磁和二次磁化过程中产生突变,例如钕铁硼材料的磁矩—磁场曲线几乎呈现矩形形态。磁矩突变代表重要的材料特性,例如剩磁和磁能积,因此突变部分的数据在整体曲线中具有极其重要的意义。
磁矩的陡峭变化通常发生于20000G附近的高场,并且在几十甚至几高斯范围内完成。20000G量程的三位半高斯计分辨率仅为10G,无法完全展示突变的变化过程,面对高分辨率励磁时将产生明显的曲线台阶。
程控高斯计F1205/F1208和F1215/F1218可在30000G强磁场下提供1G高分辨率,在高分辨率励磁电源配合下,可在突变测量中提供10倍于三位半产品的数据密度,从而准确判别磁矩过零位置,并计算材料的剩磁参数。
(2)高读数速率适应连续磁场扫描应用
F1205/F1208/F1215/F1218在30000G量程下具有20读数/s的高测量速率。在连续磁场扫描应用,例如磁电阻测量系统中,具有针对磁场变化的良好跟随性。高斯计的测量读数与实际磁场变化完全同步,从而提高测量速度并避免由于磁场测量滞后产生的曲线平移现象。
相对而言,表头型高斯计的测量速率通常低于3读数/s,使用ICL7135的四位半表头产品为2.5读数/s。为得到足够的数据密度,例如每10G一次读数,磁场扫描速度必须降低至25G/s,对于20000G的强磁场将至少需要800秒,而对于F1205,相同要求则仅需100秒。
(3)标准配置计算机接口降低自动化测量成本
在表头型高斯计中,唯一可由外部计算机识别的途径为模拟输出信号。但计算机无法直接读取模拟量,必须由额外配置的数据采集卡作为模拟与数字量之间的媒介。
昂贵的数据采集卡需要用户额外支付测量成本,并且忍受模拟信号长距离传输过程中的信号质量下降。此外,如果安装于计算机内部的采集卡各通道共地,将造成系统应用中难以解决的低环路噪声干扰,并且还可能受到计算机内部复杂的数字接地干扰。
配置可由计算机直接识别数据的计算机接口可避免模拟向数字量转换的测量成本,并降低用户程序的编写难度。计算机接口使用易于理解和记忆的字符编码命令,其操作相对于使用动态链接库的数据采集卡而言也颇为简便。
在此基础上,乐真科技程控高斯计配置的计算机接口在电学上与测量部分完全隔离,从而避免由于安全接地产生的地线环路噪声对测量质量的影响。这些程控型号除标准配置RS-232C接口(串口)外,还提供USB接口。安装必要的驱动程序后,USB接口的操作与标准RS-232C接口完全相同,使用户无需关注繁复的USB物理层及其动态链接库形式的驱动程序,从而降低编程难度。
USB接口的另一优势在于降低对计算机物理串行接口的依赖。越来越多的现代计算机不提供物理串口,代之以更多的USB接口,以适应如意增多的外部设备。多台仪器共同连接至计算机时,乐真科技程控产品提供的双接口能力即线路明显的优势。一个USB节点可容纳多至256台USB设备,达到IEEE-488接口的容纳能力。相比配置IEEE-488接口的仪器,这些型号也无需额外的IEEE-488接口卡支持。事实上,一块优质IEEE-488接口卡的价格甚至高于大多数国产仪器。
(4)完备的计算机接口命令集提供完全自动化的控制能力
有些配置计算机接口的高斯计产品事实上不向用户公开提供接口命令集。用户必须使用生产商提供的软件才可对高斯计进行控制。然而,大多数情况下,用户需要根据特定的测量需求统筹控制多台仪器完成复杂的测量,生产商提供的简单程序难以满足用户需求,从而使计算机接口形同虚设。
不认同任何就产品功能对用户保密或限制用户的行为,并且依照国际仪器供应商惯例,向用户提供完备的计算机接口命令集。命令集协助用户通过用户编制的程序控制程控高斯计的全部功能和资源,包括读取读数和设置所有的参数和状态,从而最大程度发挥以其效用,保护用户投资。
(5)外部触发测量功能提高测量同步性能
全部8个程控高斯计型号均可接受外部触发控制信号,并测量触发时刻的磁场值。触发测量为硬件同步机制,多台测量仪器在同一触发信号控制下于同一时刻发起测量,用户在全部仪器测量完成后通过计算机接口逐一读取测量结果,从而避免由于串行测量和计算机接口操作延迟共同导致的测量时差。
触发测量在高速自动化测量系统中占主导地位,在磁场扫描应用中可大幅度提高测量速度。以磁电阻测量系统为例,连续磁场扫描导致不同测量深刻的磁场差异,用于测量磁场的高斯计和用于测量电阻的万用表必须与同一时刻开始测量,否则测量的到的电阻—磁场曲线将向左或向右平移,平移方向由二者在一个数据点处的测量顺序决定。在磁场增大过程中先进行磁场测量将导致电阻测量时刻的磁场值偏大,使测量曲线向磁场减小的方向平移。
程控高斯计,例如F1205,和配置外部触发测量功能的万用表,如吉时利2000,在同一触发源控制下进行等时间间隔的同步测量将获得相当高的测量速率和良好的同步性,从而为用户提供准确的高密度数据。事实上,乐真科技的F2030程控功率电流源即提供电流扫描功能,并在扫描过程中提供等时间间隔的触发信号,作为测量系统的统一精确触发源。

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