真有效值交直流高斯计测量直流磁场的纹波

  Aluz ·  2011-02-11 19:20  ·  31936 次点击
除非使用永磁体构成固定磁场,在气隙不变的应用中,通常是用电磁方法产生连续可调的均匀磁场,例如电磁铁或线圈对,从而便于测量参数随磁场的变化关系。
电磁方法产生磁场必须使用功率励磁电源,这类大功率设备无法使用电池供电,而必须由220V市电或380V工业动力电交流供电。交流供电在励磁电源内部首先整流滤波为直流电,而后通过线性电路输出稳定电流。
常规的整流滤波电路在面对大电流时将产生纹波,并由其后的线性电路消除,同时电磁铁和线圈自身的电感和电阻也将构成针对电流的低通滤波器,进一步抑制最终的磁场纹波。
为降低发热以提高励磁效率,多数励磁电源在线性电路之前加入由可控硅或PWM构成的预稳压电路,以降低线性电路的功耗。这类开关性质的预稳压电路将产生可观的纹波和频谱很宽的噪声,甚至经过线性电路和负载电感后仍有残留,影响磁场质量。
磁场中的交流成分在很多应用中有严格限制,过高的交流成分将造成测量数据失真,通常交流磁场的有效值不应高于直流磁场的0.1%。
即使交流成分超出5%,使用直流高斯计也无法直接观测交流成分。远高于读数频率的纹波,尤其是50Hz和其倍频由高斯计内部电路有效滤除,而只保留直流分量。此时必须使用交直流高斯计的交流档测量。
常见的交直流高斯计只能测量交流磁场的平均值,这在测量纹波时受到很大限制。由于纹波多呈现为波峰因数较高的周期波形,其平均值在一周期内波动很大,使得平均值读数跳动严重而无法读出。此外,在高波峰因数下,平均值远小于有效值,因此可能是平均值读数很小而无法察觉。
分辨率也会影响对交流纹波的观测。高斯计的直流档和交流档使用同一探头,而待测磁场为强直流场与微弱交流场的叠加,因此测量纹波时,必须保证交流档下探头及高斯计内部电路不致由于叠加的强直流场而饱和,即交流档必须与直流档位于相同量级。在此前提下,观测0.1%的纹波时,高斯计的交流档分辨率必须达到可测量叠加强磁场的直流档量程的1/2000,即至少达到3位半分辨率,然而此时的读数只有1-2个字,无法作为有效数据使用。为达有效测量,至少需要4位半分辨率。
F121x系列交直流高斯计直接测量交流磁场纹波的有效值,而无需通过校正因子换算,并可测量波峰因数高至5的纹波波形。此外F121x具有4位半分辨率,其交流量程设置为同量级直流量程的1/3,提供与直流量程相同的分辨率,并可耐受达到直流满量程的叠加直流磁场。以F1216为例,其直流量程为3000G,交流量程为1000G,均具有0.1G分辨率,交流档可耐受3000G叠加直流磁场。F1216的交流有效测量范围为1—1000G,因此可在3000G直流磁场下观测低至1G,即0.03%的纹波,并提供至少10个字的有效读数,对于0.1%的纹波,更可提供30个字的有效读数。

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