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應用。除此之外，磁場(chǎng)還用于信息存儲和文件欺詐保護等應用。隨著(zhù)關(guān)鍵應用程序數量的持續增加，開(kāi)發(fā)商和生產(chǎn)商越來(lái)越被迫滿(mǎn)足安全要求，并提高技術(shù)的整體效率。為了確保zui終用戶(hù)要求的高質(zhì)量，全面的質(zhì)量控制是必要的。 根據應用，測量遠場(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 )新測量技術(shù)，通過(guò)雜散場(chǎng)測量和偶極子近似來(lái)表征遠場(chǎng)中的磁體。昊量光電全新推出的M-axis磁偏角磁矩測試儀就是這種測量技術(shù)的方法。

對于所謂的遠場(chǎng)測量，源物體和測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(zhù)與物體zui大尺寸的至少五倍的距離。在此距離內，永磁體的雜散磁場(chǎng)為偶極子。有了這個(gè)假設，就可以根據陣列磁阻傳感器元件的測量來(lái)表征永磁體。與亥姆霍茲線(xiàn)圈磁通計組合類(lèi)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(kāi)路剩磁。與亥姆霍茲線(xiàn)圈相比，可以構建自動(dòng)在線(xiàn)測量系統。通過(guò)如此快速的測量，可以非?？焖俚販y量、分類(lèi)和篩選用于電機應用的磁體。

“磁監測"的理論背景

在磁監測技術(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)可以測量樣本本身的特性。對于定位算法來(lái)說(shuō)，磁偶極子的位置和方向構成了五個(gè)獨立的參數。如果樣品的磁偶極矩的大小未知或在測量過(guò)程中會(huì )發(fā)生變化，則該量構成必須確定的第六個(gè)參數。從數學(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。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(lái)確定和補償干擾場(chǎng).

圖1.“磁監測"原理圖

圖1顯示了磁監測技術(shù)的原理。在距磁化強度為M（矢量：強度和方向）和體積為V的永磁體足夠大的距離內，只能測量其磁偶極矩µ  =  M  ·  V對總磁場(chǎng)的貢獻。

磁偶極子產(chǎn)生的磁通密度為

其中r和r = |r|，是相對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更多的傳感器，定位是通過(guò)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測量的場(chǎng)zui匹配。定位質(zhì)量的衡量標準是由質(zhì)量函數Q決定的：

抑制干擾場(chǎng) 

磁性標志物的場(chǎng)是由不同形狀的穩定場(chǎng)和時(shí)間變化的場(chǎng)疊加而成。穩定的場(chǎng)是由地球磁場(chǎng)和它的鐵結構（如混凝土鋼筋）的變形產(chǎn)生的。如果這些結構移動(dòng)（汽車(chē)、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(lái)自于有軌電車(chē)有軌電車(chē)使用直流電，在鐵軌和架空線(xiàn)之間構成一個(gè)大線(xiàn)圈，其長(cháng)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

由于穩定場(chǎng)造成的失真可以通過(guò)在測量前取一個(gè)基線(xiàn)而得到抑制。同質(zhì)時(shí)變場(chǎng)由同質(zhì)場(chǎng)抑制算法來(lái)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(guò)調整多極擴展方法來(lái)分離不均勻的時(shí)變場(chǎng)源。

基于 "磁監控 "的磁體表征系統

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

基于m軸技術(shù)，開(kāi)發(fā)并優(yōu)化了一種特殊的在線(xiàn)系統，可對樣品進(jìn)行100%的在線(xiàn)測量。該系統由六個(gè)測量板組成，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傳感器的數據同時(shí)采集?？傮w測量頻率為100 Hz。通過(guò)標準USB或以太網(wǎng)連接可以與上級系統連接。

昊量光電新推出M-axis磁偏角磁矩測量?jì)x，M-axis的測量方法是基于永磁體材料的磁偶極子模型。從而測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(xiàn)圈測量法比較，M-axis 直接地確定感應磁場(chǎng)，而非磁通量變化量的積分。因此測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永磁體性能質(zhì)量測試系統。該系統能夠在zhi定個(gè)工作位置和磁化方向上測定磁偶極子性能并用圖形表示出來(lái)，達到近距離測量的效果。

儀器能夠達到的精度與產(chǎn)品規格、磁場(chǎng)強度和外部干擾有關(guān)。M-axis能夠在普通實(shí)驗室使用(在測試區域沒(méi)有強磁場(chǎng)擾動(dòng)）在量程范圍內測量磁偏角誤差約0.1°（在旋轉模式下)。為了減小誤差，對多種減振機構和件有機的集成在一起。同時(shí)，通過(guò)程序控制，測量的結果的記錄和存儲自動(dòng)的導入到計算機。M-axis能夠精確測量0.1-1Am2范圍內的磁矩。更高的磁矩就需要在遠一點(diǎn)的地方測量。這樣，不可避免的降低了軸向精度的測量。

技術(shù)指標

M-axis磁偏角磁矩測量?jì)x保存著(zhù)由德國PTB(Physikalisch-Technische Bundesanstalt，德國guo家計量標準院傳遞）用戶(hù)所生產(chǎn)設備的校準。三軸亥姆霍茲線(xiàn)圈直接測量三個(gè)磁矩分量(Mx、My、Mz）并計算其方向。因此磁偏角和磁矩間的關(guān)系是非線(xiàn)性并難以估算相應誤差。與之相對，由M-axis 測量的這兩個(gè)值的精度則是不相關(guān)的，因為六自由度問(wèn)題的基本原理是將磁矩視為一個(gè)獨立的自由度并且各自由度之間不存在相關(guān)性,所以wan全可以通過(guò)兩個(gè)不同的實(shí)驗校準并驗證磁矩和磁偏角的精度。

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