稀土永磁材料磁偏角測量設備的發展

稀土永磁器件磁偏角測量*早的産品可溯源到上世紀80年代美國LDJ生産的三維亥姆霍茲線圈法設備的制造，可能由於當時需求少的制約限制瞭該産品的發展。河南華鳴儀器設備有限公司從2010年開始進行磁矩、磁偏角測試設備的研發，2011年曾經與德國matesy GmbH公司合作，将“M-axis Standard磁偏角測量設備”引入中國，M-axis Standard磁偏角測量設備是一款**型的磁偏角測量設備，其原理是採用磁阻矩陣測試永磁磁體的空間磁場分布，採用數學計算獲得磁體的磁矩和磁偏角，區别於傳統的線圈法測量。下面就兩種測試方法進行相關介紹：

一、線圈法型磁偏角設備(bèi)與新型M-axis測(cè)試設備(bèi)的原理差異：

1、亥姆霍茲線圈法測(cè)量：採(cǎi)用單軸或三軸亥姆霍茲線圈，分别測(cè)試三個磁矩分量Mx、My和Mz，通過簡單的數學計算即可獲得總磁矩M和磁偏角θz。

2、M-axis磁矩标量法：採(cǎi)用矩陣分布的磁場傳感器測(cè)試永磁器件的空間磁場分布B1、B2...、Bn,通過較複雜的數學計算獲得總磁矩M和磁偏角θz。

二、可派生的參數：
  兩種方法都是間接推算剩磁Br 的，因爲都可通過磁矩計算出來。具體爲：Bdi=m/(v×108)（Gs），Br=Bdi×(urec+PC)/(PC+1)。其中将燒結NdFeB材料的回複磁導率μrec近似等效爲1.05，磁導系數PC值隻考慮和磁體的幾何形狀長徑比有關，可通過磁體形狀進行計算獲得，目前對於(yú)圓柱、圓環和方塊比較好計算，準確(què)度大約2%。

三、測試精度：

一個測(cè)量系統不應僅僅是測(cè)量到值，也應保證其精度。即使任何測(cè)量系統都無法避免存在誤差，但還是可以通過一些方法降低其範圍。通常情況下，有兩類主要的誤差需要考慮，即均值偏差和不確(què)定度。下面将從這兩個方面比較一下兩種不同的測(cè)量方式。

1、亥姆霍茲線圈法主要偏差來源是亥姆霍茲常數标定的準確(què)度和磁通計(jì)準確(què)度。需要注意事項有：

      1-1、線圈結構的設計：如測(cè)試樣品主軸方向磁矩信号強可作爲三軸*外層(céng)線圈，減小加工的難度，非主軸方向感應弱，盡可能增加線圈的匝數提高分辨力，該結構我們使用後目前已經爲其他企業所模仿。

     1-2、線圈常數的準確(què)标定：可通過高精度恒流電(diàn)源和高斯計進行标定。

     1-3、線圈的均勻區的檢驗：可採(cǎi)用高斯計進行多點(diǎn)檢驗。

     1-4、線圈正交度的檢驗：採用三維高斯計進行檢驗，採用方形磁鋼旋轉測量進行對平台面微調。

     1-5、磁通計可採(cǎi)用伏秒發(fā)生器或高等級的磁通計進行校準。

2、M-axis磁矩标量法主要偏差來源是傳感器的線性度和安裝定位精度，線性度可以通過在标準磁場(chǎng)中進行校準，定位精度可以通過标準樣品進行修正，Matesy GmbH 保存著(zhe)由德國PTB傳遞标準樣品。

四、不確定度

亥姆霍茲線圈法和M-axis磁矩标量法相應的信噪消減方法不太相同。盡管偏差源都來源於環境磁信号和電信号噪聲，以及由操作者造成的無法預料的操作誤差。但亥姆霍茲線圈法主要來源於漂移及外磁場波動，所以需要在環境磁場比較幹淨的區域使用，一般要求磁場波動小於10n到100nT，具體可根據測試線圈的展開面積來確定；M-axis磁矩标量法隻與随機分布結果關聯，也可通過濾波器消除無關頻域沒有漂移，但使用環境需要無永磁磁場的影響，Matesy GmbH這方面的工作已經做得很好。華鳴儀器於2019年11月研制完成剔除外場幹擾磁矩磁偏角測試設備，設備将可使用到車間環境中，並爲實現自動化測量奠定瞭基礎。

五、磁偏角測試設備的檢驗

  目前尚沒有磁矩和磁偏角相關的檢驗标準，根據我們近10年來生産設備(bèi)的經驗，可採(cǎi)用以下方法可進行對磁偏角測試設備(bèi)的整體評估：

1、採(cǎi)用磁鋼任意姿态放入測(cè)試線圈中，檢驗總磁矩M一緻性；

2、採(cǎi)用給磁鋼添加固定角度的锲塊，檢驗磁偏角的準確(què)性。