阅读说明：本技术 一种高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量方法及装置 (Air gap magnetic field intensity measuring method and device of high-temperature superconducting direct current induction heater ) 是由 蒋国忠 杨平 黄建民 周呈劼 饶志文 倪国华 谭云海 吴启峰 李芳昕 于 2019-08-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量方法及装置,在测量装置的测量底板上设置有孔位,该方法包括：根据所述气隙磁场的分布情况确定所述测量底板上的第一范围；根据预设测量精度在所述第一范围内确定预设数量的测量孔位,其中,所述测量孔位之间具体为阵列式布置；在各所述测量孔位上分别安装传感器；移动所述测量底板至测量位,基于所述测量位进行测量,从而提高了对高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量的效率和准确度。(The invention discloses a method and a device for measuring the air gap magnetic field intensity of a high-temperature superconducting direct current induction heater, wherein a hole site is arranged on a measuring bottom plate of a measuring device, and the method comprises the following steps: determining a first range on the measuring bottom plate according to the distribution condition of the air gap magnetic field; determining a preset number of measurement hole sites within the first range according to preset measurement accuracy, wherein the measurement hole sites are specifically arranged in an array manner; a sensor is respectively arranged on each measuring hole position; and moving the measuring bottom plate to a measuring position, and measuring based on the measuring position, thereby improving the efficiency and accuracy of measuring the air gap magnetic field intensity of the high-temperature superconducting direct current induction heater.)

一种高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量方法及 装置

技术领域

本发明涉及磁场测量技术领域，特别涉及一种高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量方法及装置。

背景技术

传统的电磁感应加热技术在钢铁加工工业领域得到了广泛的应用，但在加热非铁磁材料如铝或铜等材料时，其效率就会大大降低。高温超导直流感应加热是超导电力应用技术和感应加热技术的有机结合，充分利用了超导在直流环境中的低损耗特性，同时结合电磁感应技术，可实现上述非铁磁材料加工行业中挤压环节前的预热工作。

高温超导直流感应加热的工作原理为：让直流电通过由超导线圈组成的磁体产生强直流磁场并让电机驱动棒料在该直流磁场中旋转(即导体切割磁力线)，从而在棒料内形成涡流并进而产生焦耳热加热棒料。

通过高温超导线圈绕制的线圈，并利用铁心，形成有效的磁体链路。在磁体励磁后需要确定气隙磁场的磁场强度，现有技术中一般通过单个传感器进行磁场测量，在测量时需要按不同方向进行移动逐个获取不同点位的磁场强度，测量过程复杂且效率低下，由于持续移动也会造成测量误差的增大，因此，如何方便、准确、高效的对高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度进行测量，是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量方法，用以解决现有技术中在进行高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量时，测量过程复杂且效率低下，测量误差大的问题，在测量装置的测量底板上设置有孔位，所述方法包括：

根据所述气隙磁场的分布情况确定所述测量底板上的第一范围；

根据预设测量精度在所述第一范围内确定预设数量的测量孔位，其中，所述测量孔位之间具体为阵列式布置；

在各所述测量孔位上分别安装传感器；

移动所述测量底板至测量位，基于所述测量位进行测量。

优选的，所述传感器具体为霍尔传感器，在各所述测量孔位上分别安装传感器，具体为：

将各所述传感器分别固定于各所述测量孔位上；

将各所述传感器的输出端与虚拟仪器软件开发平台LabVIEW的输入接口相连。

优选的，基于所述测量位进行测量，具体为：

使各所述传感器接收恒流源供电；

将各所述传感器将测量信号输入所述LabVIEW，以使所述LabVIEW对所述测量信号进行处理后确定测量结果。

优选的，所述测量底板上还包括第二范围，将所述第二范围内的孔位作为预留孔位。

相应地，本申请还提出了一种高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量装置，在测量装置的测量底板上设置有孔位，包括：

第一确定模块，用于根据所述气隙磁场的分布情况确定所述测量底板上的第一范围；

第二确定模块，用于根据预设测量精度在所述第一范围内确定预设数量的测量孔位，其中，所述测量孔位之间具体为阵列式布置；

安装模块，用于在各所述测量孔位上分别安装传感器；

测量模块，用于移动所述测量底板至测量位，基于所述测量位进行测量。

优选的，所述传感器具体为霍尔传感器，所述安装模块，具体用于：

将各所述传感器分别固定于各所述测量孔位上；

将各所述传感器的输出端与虚拟仪器软件开发平台LabVIEW的输入接口相连。

优选的，所述测量模块，具体用于：

使各所述传感器接收恒流源供电；

将各所述传感器将测量信号输入所述LabVIEW，以使所述LabVIEW对所述测量信号进行处理后确定测量结果。

优选的，所述测量底板上还包括第二范围，将所述第二范围内的孔位作为预留孔位。

由此可见，通过应用以上技术方案，在测量装置的测量底板上设置有孔位，根据气隙磁场的分布情况确定所述测量底板上的第一范围；根据预设测量精度在所述第一范围内确定预设数量的测量孔位，其中，所述测量孔位之间具体为阵列式布置；在各所述测量孔位上分别安装传感器；移动所述测量底板至测量位，基于所述测量位进行测量，从而提高了对高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量的效率和准确度，通过LabVIEW的上位机监测，将测量结果直观呈现，提高了用户体验。

附图说明

图1为本申请实施例提出的一种高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量方法的流程示意图；

图2为本申请实施例中的利用阵列式磁场测量装置对高温超导直流感应加热器的气隙磁场进行测量的示意图；

图3为本申请实施例中阵列式磁场测量装置的正面示意图；

图4为本申请实施例中阵列式磁场测量装置的电源电路图；

图5为本申请实施例中LabVIEW的阵列式磁场测量监测界面；

图6为本申请实施例提出的一种高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量装置的结构示意图。

具体实施方式

如背景技术所述，现有技术中一般通过单个传感器进行高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量，测量过程复杂且效率低下，测量误差大。

为解决上述问题，本申请实施例提出了一种高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量方法，通过将阵列式磁场测量装置直接在测量位进行测量，并将测量数据传入LabVIEW，提高了对高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量时的效率和准确性，通过LabVIEW的上位机监测，将测量结果直观呈现，提高了用户体验。

如图1所示，本申请提出的一种高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量方法，在测量装置的测量底板上设置有孔位，该方法包括以下步骤：

S101，根据所述气隙磁场的分布情况确定所述测量底板上的第一范围。

具体的，针对不同气隙磁场的分布情况需要在测量底板上确定对应的测量范围，将此测量范围作为第一范围，在本申请的具体应用场景中，测量装置的底板可以为亚克力板，在该底板上预先开设有多组孔位，可根据进行测量的气隙磁场的分布情况从底板中确定一个范围作为测量范围。

需要说明的是，本领域技术人员根据气隙磁场的分布情况确定的第一范围的大小不是确定的，可根据实际情况适当扩大或缩小该第一范围，这并不影响本申请的保护范围。

S102，根据预设测量精度在所述第一范围内确定预设数量的测量孔位，其中，所述测量孔位之间具体为阵列式布置。

具体的，在确定第一范围后，基于不同的测量精度可对应不同数量的测量孔位，可根据测量精度在该范围内确定预设数量的测量孔位，各测量孔位之间为阵列式布置。

本领域技术人员在需要较高的测量精度时可选择较大数量的测量孔位，在需要较低测量精度时可选择较小数量的测量孔位，这并不影响本申请的保护范围。

为对不同的分布情况的气隙磁场进行测量，在本申请的优选实施例中，所述测量底板上还包括第二范围，将所述第二范围内的孔位作为预留孔位。

具体的，在测量底板上第二范围内还设置有预留孔位，当气隙磁场的分布情况变化时，引起测量范围的变化，预留孔位与测量孔位可相互转换。

本领域技术人员可根据实际情况灵活设置第二范围内的预留孔位的数量。

S103，在各所述测量孔位上分别安装传感器。

具体的，在确定预设数量的测量孔位后，在各测量孔位上安装传感器，以便后续利用传感器进行磁场强度的测量。

为保证准确对气隙磁场强度进行测量并有效处理测量数据，在本申请优选的实施例中，所述传感器具体为霍尔传感器，在各所述测量孔位上分别安装传感器，具体为：

将各所述传感器分别固定于各所述测量孔位上；

将各所述传感器的输出端与虚拟仪器软件开发平台LabVIEW的输入接口相连。

具体的，LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench，虚拟仪器软件开发平台)是由美国国家仪器公司研制开发的一种图形化的编程开发环境，它可以最少的成本、最快的速度开发出灵活、可升级的测试、测量与自动化的应用程序。使用LabVIEW可以采集到真实信号，分析数据以获得有用的信息，并且共享实验结果和应用程序，因而它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。

可选用霍尔传感器进行磁场强度测量，在本申请的具体应用场景中，磁场霍尔传感器可选用HZ-312C，将各传感器分别固定在各所述测量孔位上，并将各传感器的输出端与虚拟仪器软件开发平台LabVIEW的输入接口相连，以便将各传感器获得的测量数据传入LabVIEW中进行处理。

需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，本领域技术人员可选用其他类型的磁场测量传感器，并采用不同的方式对传感器进行固定，其他在各所述测量孔位上分别安装传感器的方式均属于本申请的保护范围。

S104，移动所述测量底板至测量位，基于所述测量位进行测量。

具体的，本申请实施例中是将测量底板放入指定位置进行测量，可移动测量底板到气隙磁场中的指定位置进行磁场强度的测量，该指定位置为测量位。

本领域技术人员可采用不同的移动方式对测量底板进行移动，不同的移动方式均属本申请的保护范围。

为保证获取准确的测量结果，在本申请优选的实施例中，基于所述测量位进行测量，具体为：

使各所述传感器接收恒流源供电；

将各所述传感器将测量信号输入所述LabVIEW，以使所述LabVIEW对所述测量信号进行处理后确定测量结果。

具体的，在本申请的具体应用场景中，通过5mA恒流源对各霍尔传感器进行供电，如图4所示为本申请实施例中阵列式磁场测量装置的电源电路图。各传感器将获取的测量数据输出至LabVIEW，以使LabVIEW处理测量数据得出测试结果。

需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，本领域技术人员可选用不同的恒流源对传感器供电，其他基于测量位进行测量的方式均属于本申请的保护范围。

通过应用以上技术方案，在测量装置的测量底板上设置有孔位，根据气隙磁场的分布情况确定所述测量底板上的第一范围；根据预设测量精度在所述第一范围内确定预设数量的测量孔位，其中，所述测量孔位之间具体为阵列式布置；在各所述测量孔位上分别安装传感器；移动所述测量底板至测量位，基于所述测量位进行测量，从而提高了对高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量的效率和准确度，通过LabVIEW的上位机监测，将测量结果直观呈现，提高了用户体验。

为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。

本申请实施例提供了一种高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量方法，根据气隙磁场的分布情况在阵列式布置的测量孔位上安装霍尔传感器，将测量装置移动至测量位后获取测量信号，并将测量信号输入LabVIEW确定测量结果，与采用单个传感器进行测量的方式相比，提高了高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量的效率和准确度，并能直观呈现测量结果。

术语解释：

超导直流感应加热器：传统的电磁感应加热技术，因其结构简单，环保等优势在钢铁加工工业领域得到了广泛的应用。但是在加热非铁磁材料如铝或铜等材料时，加热器电能利用率就会大大降低。超导直流感应加热是超导电力应用技术和感应加热技术的有机结合，充分利用了超导在直流环境中的低损耗特性，同时结合电磁感应技术，实现铝加工行业中铝挤压环节前的预热工作。相对于传统的交流感应加热技术，则在电能利用率和工件加热的效果方面有巨大优势。

高温超导：主要指以Y1Ba2Cu3O7-7(简写为YBCO或Y123)为代表的、的第二代高温超导带材。它以YBCO涂层作为超导体，一般有基带、隔离层、YBCO超导层、保护层等组成。高温超导带材根据其制造工艺的不同，有一代与二代两代不同的高温超导带材。其中基于铋系BSCCO超导氧化物的被称为第一代高温超导带材；基于钇系YBCO超导氧化物镀膜的被称为第二代高温超导带材。

高温超导磁体：通过高温超导线圈绕制的线圈，并利用铁心，形成有效的磁体链路。

上述测量方法具体包括以下步骤：

步骤1、根据高温超导直流感应加热器的气隙磁场的分布情况确定测量装置上测量范围。

具体的，测量装置的底板可以为亚克力板，在该底板上预先开设有多组孔位，用于安装传感器，每组孔位可包括预定数量的小孔，用于可根据进行测量的气隙磁场的分布情况从底板中确定一个范围作为测量范围。

步骤2、根据预设测量精度确定在步骤1确定的测量范围内确定预设数量的测量孔位，测量孔位之间为阵列式布置，底板上的其他孔位可作为预留孔位，在需要改变测量范围时，预留孔位与测量孔位可相互转换，如图3所示为本申请实施例中阵列式磁场测量装置的正面示意图，图中6为用于安装磁体霍尔传感器的预留孔位。

步骤3、在测量孔位上分别安装霍尔传感器，形成阵列式布置的霍尔传感器。

具体的，在测量孔位上分别安装霍尔传感器，在安装时将霍尔传感器的输出端与虚拟仪器软件开发平台LabVIEW的输入接口相连，以便将测量数据传入LabVIEW。

步骤4、将安装好霍尔传感器的测量底板移动至测量位，采用恒流源对各霍尔传感器供电，并将各霍尔传感器的测量信号输出至LabVIEW，通过LabVIEW处理后显示测量结果。

具体的，可通过相应的可移动结构如滑动轨道等将测量底板移动至测量位对高温超导直流感应加热器的气隙磁场进行测量，如图2所示为申请实施例中的利用阵列式磁场测量装置对高温超导直流感应加热器的气隙磁场进行测量的示意图，图中磁体左立柱1、磁体中间立柱2、磁体底座3及磁体右立柱4作为超导磁体的铁芯，各铁芯构成磁力链路，并形成气隙磁场，将阵列式磁场测量装置5移动至气隙磁场中的测量位进行测量。

在测量时，通过5mA恒流源对各霍尔传感器进行供电，磁场霍尔传感器可选用HZ-312C，如图4所示为本申请实施例中阵列式磁场测量装置的电源电路图，通过三端可调正稳压器集成电路LM317实现恒流源的5mA的输出，R4是输入电源二极管显示的限流电阻，发光二极管D1指示输入电源工作是否正常。电阻R1、R2、R3组成恒流源控制电路，通过调节电阻R3、R2实现输出恒流源的电流值调节。J1是输入电源插座，J2是输出电源插座。

将各霍尔传感器的测量信号输出至LabVIEW，通过LabVIEW处理后显示测量结果，如图5所示为本申请实施例中LabVIEW的阵列式磁场测量监测界面，图中可显示各个测量孔位对应的霍尔传感器的编号，形成磁体气隙霍尔分布，其中的铝棒区域为对铝棒进行高温超导直流加热的气隙磁场区域。

通过应用以上技术方案，通过将阵列式磁场测量装置直接在测量位进行测量，并将测量数据传入LabVIEW，提高了对高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量时的效率和准确性，通过LabVIEW的上位机监测，将测量结果直观呈现，提高了用户体验。

为了达到以上技术目的，本申请提出了一种高温超导直流感应加热器的气隙磁场强度测量装置，在测量装置的测量底板上设置有孔位，如图6所示，包括：

第一确定模块601，用于根据所述气隙磁场的分布情况确定所述测量底板上的第一范围；

第二确定模块602，用于根据预设测量精度在所述第一范围内确定预设数量的测量孔位，其中，所述测量孔位之间具体为阵列式布置；

安装模块603，用于在各所述测量孔位上分别安装传感器；

测量模块604，用于移动所述测量底板至测量位，基于所述测量位进行测量。

在具体的应用场景中，所述传感器具体为霍尔传感器，所述安装模块603，具体用于：

将各所述传感器分别固定于各所述测量孔位上；

将各所述传感器的输出端与虚拟仪器软件开发平台LabVIEW的输入接口相连。

在具体的应用场景中，所述测量模块604，具体用于：

使各所述传感器接收恒流源供电；

将各所述传感器将测量信号输入所述LabVIEW，以使所述LabVIEW对所述测量信号进行处理后确定测量结果。

在具体的应用场景中，所述测量底板上还包括第二范围，将所述第二范围内的孔位作为预留孔位。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括以若干指令的形式使一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施场景所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解装置中的模块可以按实施场景描述分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。