一种先进的开放式环形测量系统，用于高效可靠地表征弱软磁材料

《IEEE Transactions on Magnetics》：An Advanced Open-Ring Measurement System for Efficient and Reliable Characterization of Weak Soft Magnetic Materials

　　

摘要：

本文提出了一种分段的环形测量系统，用于对弱软磁材料（如铁磁流体和未压缩的铁粉）进行电磁特性分析。这类材料具有现代电气设备应用所需的优良性能。该系统设计用于处理有效相对磁导率μ ≥ 5的样品，能够实现高达B = 1.4T的磁通密度。系统由六个线圈段和两个半壳式样品支架组成，这些部件可以方便地插入相应的线圈系统中。与传统需要逐个缠绕样品的装置相比，这种可重复使用的系统能够显著提高样品准备的效率。此外，它还将场量测量的不确定性系数降低了≤0.3%，从而提高了实验结果的可重复性。为了从测量数据中计算出材料的磁性能，本文建立了一种分析模型，该模型考虑了样品的开口环几何结构以及磁导率对杂散磁通的影响。通过三维数值模拟验证表明，该模型对于相对磁导率μ ∈ [1, 90]的材料具有小于3%的相对误差，具有较好的预测精度。本研究还探讨了通过混合不同粒径的铁粉来提升材料磁性能的方法。为此，实验使用了三种不同粒径的铁粉，以不同的混合比例制备了24个样品。结果表明，优化混合比例后的样品有效磁导率相比单一成分材料可提高一倍以上。