一种交变磁强计检定系统及其检定方法

技术领域

本发明涉及交变磁强计领域，尤其涉及一种交变磁强计检定系统及其检定方法。

背景技术

随着科学技术的发展，磁场的应用越来越广泛，从高铁车轨检测、GPS导航系统、金属材料探伤、安全检测、电磁兼容测试、位置测量等领域。磁场测量可分为恒定磁场和交变磁场，对于磁场的测量仪器为直流磁强计、交变磁强计。

在电能计量领域，交变磁强计应用广泛。在考核电能表检定装置时，需要使用交变磁强计测量检定装置被检表位置处的磁场，如JJG 597-2005规定，I ≤ 200 A时，电能表检定装置被检表位置上的磁感应强度B ≤ 0.05 mT。而随着IR46电能表国际建议即将在国内落地，新版交流电能表国标GB 17215.211也将外部工频磁场试验作为电磁兼容的测试项目之一，其要求在被检电能表的三个垂直平面上连续施加磁感应强度为0.5 mT(400 A/m)的磁场，该磁场同样需要使用交变磁强计进行标定。

传统的交变磁强计准确性检定方法使用的装置包括：交变电流源、频率计、标准电阻、交流电压表、磁场线圈。

传统检定方法的原理如图1所示，通过交变电流源产生励磁电流给磁场线圈励磁，同时电流回路里串连一个标准电阻，使用高精度的交流电压表测量电阻上的压降，从而标定交流电流，而磁场线圈可通过校准后得知其常数K，根据B=K*I得到磁场的值。根据JJG1049-2009的要求，需要选定频率点、量程点来检定交变磁强计的示值误差和稳定性。传统的交变磁强计准确性检定方法具有设备繁多，安装连线及操作复杂，同时采用人工读数，计算工作较多，容易出现计算误差等状况，严重降低了交变磁强计的检定效率以及检定准确性，给交变磁强计的检定工作带来了一定的不便。

发明内容

本发明目的是针对上述问题，提供一种操作简单、提高检定效率的交变磁强计检定系统及其检定方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种交变磁强计检定系统，包括交流电流标准源、亥姆霍兹线圈；所述亥姆霍兹线圈由两个完全相同的圆形线圈同轴并排设置，交流电流标准源与亥姆霍兹线圈电性连接；所述交流电流标准源包括微处理器、FPGA芯片、波形发生器、功率放大器、隔离变压器、I/V转换器、功率调整器、A/D转换器；所述微处理器的信号端与FPGA芯片的信号端双向连接，FPGA芯片的输出端与波形发生器的输入端相连接，波形发生器的输出端与功率放大器的输入端相连接，功率放大器的输出端与隔离变压器的输入端相连接；隔离变压器的第一输出端与亥姆霍兹线圈的输入端相连接，亥姆霍兹线圈的输出端与I/V转换器的第一输入端相连接，隔离变压器的第二输出端与I/V转换器的第二输入端相连接，I/V转换器的输出端与功率调整器的输入端相连接，功率调整器的输出端与A/D转换器的输入端相连接，A/D转换器的输出端与FPGA芯片的输入端相连接。

进一步的，所述亥姆霍兹线圈的两个完全相同圆形线圈之间的距离与圆形线圈的半径值相一致。

进一步的，所述交变磁强计检定系统还包括对被检交变磁强计的感应探头进行固定的固定调节设备，固定调节设备设置在亥姆霍兹线圈一侧。

进一步的，所述交流电流标准源还包括液晶屏、数字按键、供电模块，液晶屏、数字按键的信号端均与微处理器的信号端双向连接，供电模块的输出端与微处理器的输入端相连接。

进一步的，所述交变磁强计检定系统还包括计算机，所述交流电流标准源还包括通讯接口，通讯接口的信号端分别与微处理器、计算机的信号端双向连接，计算机的信号端与被检交变磁强计的信号端双向连接。

一种交变磁强计检定系统的检定方法，包括以下步骤：

S1、计算机设置波形变化参数并通过微处理器、FPGA芯片控制波形发生器按设定的波形幅值和波形频率产生交变电压；

S2、交变电压通过功率放大器放大后经过隔离变压器输出励磁电流，励磁电流流入亥姆霍兹线圈；

S3、亥姆霍兹线圈产生稳定的标准磁场；被检交变磁强计的感应探头检测到磁场内的磁感应强度并将数据并传输给计算机；

S4、从亥姆霍兹线圈流出的励磁电流经I/V转换器、功率调整器的转换操作后转换为1V的电压；

S5、1V的电压经过A/D转换器转换后将励磁电流的数据信息反馈回FPGA芯片以及微处理器，微处理器将励磁电流的数据信息传输给计算机；

S6、计算机通过公式B=K*I得到标准磁场的磁感应强度值；其中，B为磁感应强度值，K为线圈常数，I为励磁电流值；

S7、计算机将计算得到的标准磁场磁感应强度值与被检交变磁强计检测得到的磁感应强度数据进行对比，通过两者的误差值来对被检交变磁强计的检测准确性进行判断。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明通过采用高精度的交流电流标准源替代传统的交变电流源、标准电阻、交流电压表、频率计等设备，其使得在进行交变磁强计的检定操作时，使用一台交流电流标准源即可输出幅值、频率可调的高精度交流电流，其不需要繁琐的安装接线操作，同时避免了复杂的操作步骤，提高了交变磁强计的检测便利性；并且本发明与计算机相结合，通过计算机控制交流标准源输出励磁电流，同时根据励磁电流反馈结果自动计算标准磁场值，其根据标准磁场值与被检交变磁强计检测到的磁场值进行对比，直接得到被检交变磁强计的误差值与稳定性能，大大减少了人为操作导致的计算偏差，提高了交变磁强计的检定效率以及检定准确性，给交变磁强计的检定工作带来了便利。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中交变磁强计的检测装置框架图；

图2为本发明中交变磁强计检定系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

如图2所示，本实施例公开了一种交变磁强计检定系统，包括交流电流标准源、亥姆霍兹线圈；所述亥姆霍兹线圈由两个完全相同圆形线圈同轴并排设置，线圈之间的距离与线圈的半径值相一致；交流电流标准源与亥姆霍兹线圈电性连接；

所述交流电流标准源包括微处理器、FPGA芯片、波形发生器、功率放大器、隔离变压器、I/V转换器、功率调整器、A/D转换器；所述微处理器的信号端与FPGA芯片的信号端双向连接，FPGA芯片的输出端与波形发生器的输入端相连接，波形发生器的输出端与功率放大器的输入端相连接，功率放大器的输出端与隔离变压器的输入端相连接；隔离变压器的第一输出端与亥姆霍兹线圈的输入端相连接，亥姆霍兹线圈的输出端与I/V转换器的第一输入端相连接，隔离变压器的第二输出端与I/V转换器的第二输入端相连接，I/V转换器的输出端与功率调整器的输入端相连接，功率调整器的输出端与A/D转换器的输入端相连接，A/D转换器的输出端与FPGA芯片的输入端相连接。

由于亥姆霍兹线圈产生标准交变磁场时需要有非常稳定的频率、幅值的励磁电流且波形失真度要小；并且该恒流源应能承受磁场线圈感应产生的反电势的冲击，这对电流源的可靠性也提出了较高的要求。因此本发明采用高稳定度的恒温晶体作为频率时钟，通过FPGA芯片存储的RAM和16bit DAC转换输出高稳定度的电流。

所述交变磁强计检定系统还包括对被检交变磁强计的感应探头进行固定的固定调节设备，固定调节设备设置在亥姆霍兹线圈一侧。

交变磁强计通常采用线圈感应探头，测试时应确保探头平面与磁场方向保持垂直，本发明中的固定调节设备可以与计算机相连接，通过计算机对固定调节设备中的步进电机进行控制来实现感应探头的最佳测试点；在寻找最佳测试点时，计算机同步读取被检磁强计的检测数据，当磁场为最大值时则可确定探头平面与磁场方向垂直。

所述交流电流标准源还包括通讯接口、液晶屏、数字按键、供电模块，通讯接口、液晶屏、数字按键的信号端均与微处理器的信号端双向连接，供电模块的输出端与微处理器的输入端相连接。所述交变磁强计检定系统还包括计算机，计算机的信号端分别与通讯接口、被检交变磁强计的信号端双向连接。

本发明公开了一种交变磁强计检定系统的检定方法，其工作步骤为：

（1）交流电流标准源接受计算机设置的参数，通过微处理器控制波形发生器按设定的幅值和频率产生交变电压，并通过功率放大器放大后经过隔离变压器输出励磁电流，交流电流标准源内置宽频精密I/V转换器，将回路励磁电流转换为1V的电压，并经过A/D转换器转换后反馈回FPGA芯片，用于励磁电流的反馈测量，从而实现精密交变电流的输出；

（2）亥姆霍兹线圈为两个半径均为R的圆形线圈组成，两个线圈的距离L=R，在线圈的轴中心位置可产生一定体积的均匀线性磁场，该磁场的稳定性与精度完全取决于励磁电流I，线圈常数K可通过检定确定，从而根据公式B=K*I计算得到磁场的值；

（3）被检交变磁强计的探头放置在固定调节设备上，固定调节设备可以通过步进电机驱动感应探头前后上下移动和轴向旋转，以寻找最佳的磁场测试点；

（4）计算机同步采集被检交变磁强计的读数数据，并根据公式计算结果计算出其显示值的误差；同时对被检交变磁强计做稳定性测试时，可自动间隔3分钟读取一次被检交变磁强计的显示数据，并计算其稳定性；最后在检定完所有检测后，计算机可以自动生成检定报告，提高了交变磁强计的检定操作便利性。

本发明通过采用高精度的交流电流标准源替代传统的交变电流源、标准电阻、交流电压表、频率计等设备，其使得在进行交变磁强计的检定操作时，使用一台交流电流标准源即可输出幅值、频率可调的高精度交流电流，其不需要繁琐的安装接线操作，同时避免了复杂的操作步骤，提高了交变磁强计的检测便利性；并且本发明与计算机相结合，通过计算机控制交流标准源输出励磁电流，同时根据励磁电流反馈结果自动计算标准磁场值，其根据标准磁场值与被检交变磁强计检测到的磁场值进行对比，直接得到被检交变磁强计的误差值与稳定性能，大大减少了人为操作导致的计算偏差，提高了交变磁强计的检定效率以及检定准确性，给交变磁强计的检定工作带来了便利。