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，磁場還用于信息存儲和文件欺詐保護(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。為了確保最終用戶要求的高質(zhì)量，全面的質(zhì)量控制是必要的。根據(jù)應(yīng)用，測量遠(yuǎn)場和近場的磁鐵是可能的，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)，通過雜散場測量和偶極子近似來表征遠(yuǎn)場中的磁體。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(yuǎn)場測量，源物體和測量位置之間存在很大的距離。從這個意義上講，大距離意味著與物體最大尺寸的至少五倍的距離。在此距離內(nèi)，永磁體的雜散磁場為偶極子。有了這個假設(shè)，就可以根據(jù)陣列磁阻傳感器元件的測量來表征永磁體。與亥姆霍茲線圈磁通計組合類似，該方法以非常簡單、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)建自動在線測量系統(tǒng)。通過如此快速的測量，可以非常快速地測量、分類和篩選用于電機(jī)應(yīng)用的磁體。

“磁監(jiān)測”的理論背景

在磁監(jiān)測技術(shù)中，磁場敏感傳感器陣列用于跟蹤小型偶極永磁體。同時可以測量樣本本身的特性。對于定位算法來說，磁偶極子的位置和方向構(gòu)成了五個獨立的參數(shù)。如果樣品的磁偶極矩的大小未知或在測量過程中會發(fā)生變化，則該量構(gòu)成必須確定的第六個參數(shù)。從數(shù)學(xué)上講，使用六個磁場傳感器就足以確定六個未知參數(shù)。在實踐中，由于三個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。

圖1.“磁監(jiān)測”原理圖

圖1顯示了磁監(jiān)測技術(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)，只能測量其磁偶極矩μ = M · V對總磁場的貢獻(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，定位是通過最小二乘法最佳搜索算法進(jìn)行的。偶極子的磁矩μ和位置rm被確定為，由偶極子產(chǎn)生的場與在傳感器位置rs測量的場最匹配。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

磁性標(biāo)志物的場是由不同形狀的穩(wěn)定場和時間變化的場疊加而成。穩(wěn)定的場是由地球磁場和它的鐵結(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（汽車、電梯、病床等），各自的場就會隨時間變化。緩慢變化的場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)成一個大線圈，其長度和電流不斷變化。擾動場的均勻性取決于場源的距離；近的場源產(chǎn)生更多的不均勻場。

圖2

由于穩(wěn)定場造成的失真可以通過在測量前取一個基線而得到抑制。同質(zhì)時變場由同質(zhì)場抑制算法來處理。如果傳感器場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變場源。

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(shè)備來表征永久磁體。圖2顯示了一個測量系統(tǒng)，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發(fā)的。這個系統(tǒng)的開發(fā)是為了探測單塊磁鐵，用手把試樣放在人的工作場所。原則上，測量頻率足夠高，可以在自動化的100%在線測量過程中使用該設(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)，可對樣品進(jìn)行100%的在線測量。該系統(tǒng)由六個測量板組成，每個板上有三個高靈敏度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AMR傳感器的數(shù)據(jù)同時采集?？傮w測量頻率為100 Hz。通過標(biāo)準(zhǔn)USB或以太網(wǎng)連接可以與上級系統(tǒng)連接。

昊量光電蕞新推出M-axis磁偏角磁矩測量儀，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)。與亥姆霍茲線圈測量法比較，M-axis 直接地確定感應(yīng)磁場，而非磁通量變化量的積分。因此測量中的磁體為靜止不動的。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(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在指定個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，達(dá)到近距離測量的效果。

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

技術(shù)指標(biāo)

M-axis磁偏角磁矩測量儀保存著由德國PTB(Physikalisch-Technische Bundesanstalt，德國國家計量標(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量三個磁矩分量(Mx、My、Mz）并計算其方向。因此磁偏角和磁矩間的關(guān)系是非線性并難以估算相應(yīng)誤差。與之相對，由M-axis 測量的這兩個值的精度則是不相關(guān)的，因為六自由度問題的基本原理是將磁矩視為一個獨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不同的實驗校準(zhǔn)并驗證磁矩和磁偏角的精度。