文档介绍：一种高聚物热致磁效应测量系统的研究

摘要
本文设计的系统是国家自然科学基金—《高聚物热磁效应全域测量系统开发及实验系统研究》的主要测量设备。根据实验系统的特点,本文设计了一个对全域磁场进行连续采集的传感器阵列,文章对不定向微弱磁场的信号处理及温度补偿设计了一种科学的方案,同时,在计算机上利用Labwindows/CVI编程环境,采用C语言编写了采集控制系统的专用软件,系统实现了以计算机作为主机,自动、连续地对不定向磁场微弱进行阵列采集,并适时、直观显示磁场的变化情况。
关键词:高聚物热磁效应,全域磁场,传感器阵列,热磁效应实验系统

前言
根据袁龙蔚教授的理论研究,含缺陷流变性材料的破坏过程会产生电磁场[1-4],罗迎社教授等在国家自然科学基金的资助下,历经数年,研制成功材料破坏过程中裂纹尖端热磁效应峰值点随动跟踪测量系统,并应用该系统测量了含缺陷PVC板材破坏过程中产生的热磁效应[5-6]。然而,上述测量系统只是对热磁效应的峰值点(也就是热致磁场中的最大磁感应强度的点)进行跟踪测量,得到的只是含缺陷流变性物体在广义外载荷作用下裂尖断裂过程区的磁感应强度最大点随时间的变化曲线[1-3]。
为了进一步深入研究高聚物材料在广义外载荷作用下破坏过程中热致磁效应,国家自然科学基金再一次资助,对高聚物材料热致磁效应进行全域测量并用实验系统进行论证,而不只是对裂纹尖端磁感应强度峰值位置的坐标值及其演变过程进行量测[5-6]。作为这个课题的实验系统,本文采用计算机测量技术,研制了一种全域磁场采集分析系统,能在带缺陷高聚物板材拉伸过程中自动利用计算机采集磁感应强度的变化情况,并利用计算机灵活的编程能力,对采集数据进行各种不同方法的分析研究。
2. 电路系统结构与信号处理
图1 全域磁场采集系统框图
试件在拉伸过程中会产生约80*80毫米的变形区域,我们的目的是真实记录这个区域内的磁感应强度变化情况,并用方便研究的方法显示出来。在测量过程,试件会有较高的温升,为了降低温度对磁感应强度传感器的影响,传感器阵列必须经过温度补偿才能真实地输出磁感应强度信号,这些信号经过放大、滤波等处理后,送给受计算机控制的采集卡,由计算机进行连续采集后以文件形式保存到计算机硬盘。
传感器信号处理
这是本系统的关键,采用集成磁场传感器SS495A1采集磁感应强度[7]。据初步估测,本系统的磁感应强度小于1高斯,为了进一步定量测量,我们对传感器的处理电路如图2所示。
图2 信号处理电路原理图
图中,U2和U3为霍尔传感器SS495A1,其输出的信号经过一个八选一模拟开关送给U4放大,由于我们要测量的磁感应强度在1高斯的量级,,计算机采集卡的精度为12位,采用±5V的输入方式时,,如果直接对传感器的信号进行采集,,在本系统中显然不够。所以采用U4将信号放大约43倍,则系统分辨率约为:
(10*1000/4095)/ = (高斯)
这就基本能满足分辨率要求。

根据传感器的数据手册,在零磁环境下,其信号输出在0±,当经过本系统43倍放大后,,整个电路将进入