M-axis永磁體特性全新表征方法-高精度磁偏角磁矩快速確定！

永磁體廣泛用于傳感器和電機(jī)應(yīng)用。除此之外，磁場(chǎng)還用于信息存儲(chǔ)和文件欺詐保護(hù)等應(yīng)用。隨著關(guān)鍵應(yīng)用程序數(shù)量的持續(xù)增加，開發(fā)商和生產(chǎn)商越來越被迫滿足安全要求，并提高技術(shù)的整體效率。為了確保zui終用戶要求的高質(zhì)量，全面的質(zhì)量控制是必要的。 根據(jù)應(yīng)用，測(cè)量遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)的磁鐵是可能的，而且通常是必要的。在這篇文章中，我將介紹一種新的創(chuàng)新測(cè)量技術(shù)，通過雜散場(chǎng)測(cè)量和偶極子近似來表征遠(yuǎn)場(chǎng)中的磁體。昊量光電全新推出的M-axis磁偏角磁矩測(cè)試儀就是這種測(cè)量技術(shù)的方法。

對(duì)于所謂的遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量，源物體和測(cè)量位置之間存在很大的距離。從這個(gè)意義上講，大距離意味著與物體zui大尺寸的至少五倍的距離。在此距離內(nèi)，永磁體的雜散磁場(chǎng)為偶極子。有了這個(gè)假設(shè)，就可以根據(jù)陣列磁阻傳感器元件的測(cè)量來表征永磁體。與亥姆霍茲線圈磁通計(jì)組合類似，該方法以非常簡(jiǎn)單、快速和精確的方式提供磁化誤差（磁化角）和磁體的開路剩磁。與亥姆霍茲線圈相比，可以構(gòu)建自動(dòng)在線測(cè)量系統(tǒng)。通過如此快速的測(cè)量，可以非�？焖俚販y(cè)量、分類和篩選用于電機(jī)應(yīng)用的磁體。
 

 

“磁監(jiān)測(cè)”的理論背景

在磁監(jiān)測(cè)技術(shù)中，磁場(chǎng)敏感傳感器陣列用于跟蹤小型偶極永磁體。同時(shí)可以測(cè)量樣本本身的特性。對(duì)于定位算法來說，磁偶極子的位置和方向構(gòu)成了五個(gè)獨(dú)立的參數(shù)。如果樣品的磁偶極矩的大小未知或在測(cè)量過程中會(huì)發(fā)生變化，則該量構(gòu)成必須確定的第六個(gè)參數(shù)。從數(shù)學(xué)上講，使用六個(gè)磁場(chǎng)傳感器就足以確定六個(gè)未知參數(shù)。在實(shí)踐中，由于三個(gè)原因而使用更多的傳感器：需要額外的信息來確定和補(bǔ)償干擾場(chǎng).
 

 

圖1.“磁監(jiān)測(cè)”原理圖
 

圖1顯示了磁監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理。在距磁化強(qiáng)度為M（矢量：強(qiáng)度和方向）和體積為V的永磁體足夠大的距離內(nèi)，只能測(cè)量其磁偶極矩µ  =  M  ·  V對(duì)總磁場(chǎng)的貢獻(xiàn)。

磁偶極子產(chǎn)生的磁通密度為
 

 

其中r和r = |r|，是相對(duì)于磁偶極位置的位置向量和距離。由于使用了比未知偶極子參數(shù)更多的傳感器，定位是通過zui小二乘法zui佳搜索算法進(jìn)行的。偶極子的磁矩µ和位置rm被確定為，由偶極子產(chǎn)生的場(chǎng)與在傳感器位置rs測(cè)量的場(chǎng)zui匹配。定位質(zhì)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)是由質(zhì)量函數(shù)Q決定的：
 

抑制干擾場(chǎng) 

磁性標(biāo)志物的場(chǎng)是由不同形狀的穩(wěn)定場(chǎng)和時(shí)間變化的場(chǎng)疊加而成。穩(wěn)定的場(chǎng)是由地球磁場(chǎng)和它的鐵結(jié)構(gòu)（如混凝土鋼筋）的變形產(chǎn)生的。如果這些結(jié)構(gòu)移動(dòng)（汽車、電梯、病床等），各自的場(chǎng)就會(huì)隨時(shí)間變化。緩慢變化的場(chǎng)也可能來自于有軌電車有軌電車使用直流電，在鐵軌和架空線之間構(gòu)成一個(gè)大線圈，其長(zhǎng)度和電流不斷變化。擾動(dòng)場(chǎng)的均勻性取決于場(chǎng)源的距離；近的場(chǎng)源產(chǎn)生更多的不均勻場(chǎng)。
 

圖2
 

由于穩(wěn)定場(chǎng)造成的失真可以通過在測(cè)量前取一個(gè)基線而得到抑制。同質(zhì)時(shí)變場(chǎng)由同質(zhì)場(chǎng)抑制算法來處理。如果傳感器場(chǎng)的大小和形狀提供足夠的信息，也可以通過調(diào)整多極擴(kuò)展方法來分離不均勻的時(shí)變場(chǎng)源。
 

基于 "磁監(jiān)控 "的磁體表征系統(tǒng)

基于所描述的算法，結(jié)合敏感的磁場(chǎng)傳感器M-axis磁偏角磁矩測(cè)試儀陣列，有可能建立起敏感的測(cè)量設(shè)備來表征永久磁體。圖2顯示了一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，它是為了在QM環(huán)境下非常精確地測(cè)量磁偶極矩的大小和方向而開發(fā)的。這個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)是為了探測(cè)單塊磁鐵，用手把試樣放在人的工作場(chǎng)所。原則上，測(cè)量頻率足夠高，可以在自動(dòng)化的100%在線測(cè)量過程中使用該設(shè)備。

基于m軸技術(shù)，開發(fā)并優(yōu)化了一種特殊的在線系統(tǒng)，可對(duì)樣品進(jìn)行100%的在線測(cè)量。該系統(tǒng)由六個(gè)測(cè)量板組成，每個(gè)板上有三個(gè)高靈敏度AMR傳感器�？梢允褂肁MR傳感器測(cè)量的磁通密度范圍從20 nT到400 µT不等。所有18個(gè)AMR傳感器的數(shù)據(jù)同時(shí)采集�？傮w測(cè)量頻率為100 Hz。通過標(biāo)準(zhǔn)USB或以太網(wǎng)連接可以與上級(jí)系統(tǒng)連接。

昊量光電蕞新推出M-axis磁偏角磁矩測(cè)量?jī)x，M-axis的測(cè)量方法是基于永磁體材料的磁偶極子模型。從而測(cè)得除磁體的三維空間位置以外，永磁體的磁矩和磁化方向（磁偏角)。與亥姆霍茲線圈測(cè)量法比較，M-axis 直接地確定感應(yīng)磁場(chǎng)，而非磁通量變化量的積分。因此測(cè)量中的磁體為靜止不動(dòng)的。與有效且可靠的分析軟件一起，M-axis是您全檢質(zhì)量控制的首要選擇。
 

 

M-axis是一種高精度的檢測(cè)永磁體性能質(zhì)量測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在指定個(gè)工作位置和磁化方向上測(cè)定磁偶極子性能并用圖形表示出來，達(dá)到近距離測(cè)量的效果。

儀器能夠達(dá)到的精度與產(chǎn)品規(guī)格、磁場(chǎng)強(qiáng)度和外部干擾有關(guān)。M-axis能夠在普通實(shí)驗(yàn)室使用(在測(cè)試區(qū)域沒有強(qiáng)磁場(chǎng)擾動(dòng)）在量程范圍內(nèi)測(cè)量磁偏角誤差約0.1°（在旋轉(zhuǎn)模式下)。為了減小誤差，對(duì)多種減振機(jī)構(gòu)和件有機(jī)的集成在一起。同時(shí)，通過程序控制，測(cè)量的結(jié)果的記錄和存儲(chǔ)自動(dòng)的導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)。M-axis能夠精確測(cè)量0.1-1Am2范圍內(nèi)的磁矩。更高的磁矩就需要在遠(yuǎn)一點(diǎn)的地方測(cè)量。這樣，不可避免的降低了軸向精度的測(cè)量。
 

技術(shù)指標(biāo)
 

設(shè)備	工作溫度	15-35攝氏度，在測(cè)試過程中保持溫度穩(wěn)定
	重量	小于30公斤
	尺寸(B×H×T)	1.80×0.75×0.75m
	功率	小于100W
	傳感器數(shù)量	18×AMR
	測(cè)量頻率	10Hz
	軸向精度經(jīng)典 軸向精度（旋轉(zhuǎn)模式) 剩磁精度	角度正負(fù)0.3度（寬高比小于1:2.5) 角度正負(fù)0.1度(寬高比小于1:2.5) 剩磁正負(fù)1%
工作范圍	磁矩	0.1-1Am2

 

 M-axis磁偏角磁矩測(cè)量?jī)x保存著由德國PTB(Physikalisch-Technische Bundesanstalt，德國guo家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)院傳遞）用戶所生產(chǎn)設(shè)備的校準(zhǔn)。三軸亥姆霍茲線圈直接測(cè)量三個(gè)磁矩分量(Mx、My、Mz）并計(jì)算其方向。因此磁偏角和磁矩間的關(guān)系是非線性并難以估算相應(yīng)誤差。與之相對(duì)，由M-axis 測(cè)量的這兩個(gè)值的精度則是不相關(guān)的，因?yàn)榱�自由度問題的基本原理是將磁矩視為一個(gè)獨(dú)立的自由度并且各自由度之間不存在相關(guān)性,所以完全可以通過兩個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)并驗(yàn)證磁矩和磁偏角的精度。
 

關(guān)于Matesy

Matesy GmbH 是一家位于耶拿大學(xué)城中心的創(chuàng)新技術(shù)公司。該公司成立于 2008 年，是研發(fā)機(jī)構(gòu)“ INNOVENT Technology Development ”的衍生公司，專注于 磁場(chǎng)的可視化表征和生成。此外，Matesy 將磁性用于各種應(yīng)用，例如：磁性標(biāo)記顆粒和物體的三維定位、人體胃腸道靶向藥物釋放、安全特性的智能檢查和材料開發(fā)

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