磁学和磁性材料已经成为衡量一个国家信息化的重要标志， 随着电子技术的发展对磁性材料的要求越来越高， 磁性材料种类繁多、性能各异， 磁特性测量成为相关领域面临的重要问题之一 。 1J22是一种铁钴钒软磁合金材料， 具有高饱和磁感应强度，高饱和磁滞伸缩系数， 高居里温度等特点。 准确地测量1J22材料的磁特性参数， 对于材料的开发和应用具有重要意义。

中国标准 GB/T 13012―2008 规定： 使用冲击法测量软磁合金直流磁性能。 冲击法测量磁性材料的磁性能简单易行， 且有较高的可靠性， 但是由于冲击法是逐点测量， 外界和仪器本身会带来不可避免的误差问题。 提出了在测量过程中由于设备固有的不可抗力因素和测量过程中的因素对测试精度的影响和分析， 采用多次冲击的方法提高了初始磁导率的测试灵敏度。 冲击常数、光标基准、机械应力等因素对测量结果也会产生影响， 通过优化和分析，测试结果 B s 的误差可以保证在1.3%以内。

然而在实际测量的过程中发现温度、退磁的次数、样品线圈的匝数等对测试结果都会产生很大的影响， 不同的测量条件会产生不同的结果， 所以在分析过程中快速找出测量的最佳条件以获得最佳测试结果就显得非常重要。 在众多分析方法中正交试验法是目前最常用的工艺优化试验设计和分析方法， 整个处理过程方便简单。 试验通过在不同的测试条件下对1J22样品的 B s 进行测量， 探讨测量中的影响因素， 采用正交试验法对测量结果进行优化， 选取最佳的测量条件， 最终确定最佳测量条件， 提高测试精度。

冲击法的测量原理

直流冲击法是用于测量软磁材料磁性能的一种方法，测量原理是基于电磁感应定律。当磁化电流改变 Δi 时， 对应的磁场强度变化为 ΔH ，磁感应强度改变 ΔB ， 产生的磁通量变化为 ΔΦ＝ΔB·N 2 S ， 式中： N 2 为次级线圈绕制匝数； S 为所测样品的截面积 ， cm 2 。 冲 击 检 流 计 产 生 一 个 偏 转 α 。 因 为ΔΦ＝C Φ ·α ， 所以 ΔB＝C Φ ·α/N 2 S ,式中： C Φ 为冲击常数， Wb/格。 通过改变不同的磁化电流就可以得到不同的 ΔB ， 根据其中的关系可以得出磁化曲线和磁 滞回线。由直流冲击法的测量原理可得到磁感应强度 B s的计算公式：B s ＝ C ΦN 2 Sα m （1）式中： α m 为线框偏转量,单位为 cm。 C Φ 的准确测量是测量 B s 的重要前提， 所以需要准确地标定冲击常数。

试验采用 M＝0.01H 的标准互感来标定冲击常数， 已知互感值和磁化电流， 就得到冲击常数的计算公式：C Φ ＝ 2IMαm（2）式中： I 为磁环电流； M 为标准互感。 α m 是由起始的光标位置和最大偏转位置共同决定的。 系统的冲击常数与冲击检流计的阻尼度有关， 而阻尼度取决于检流计的回路总电阻。 通过多次试验选取不同的外接电阻和磁化电流最终选取了相对误差较小、测量时间短的一组数据， 最后得出冲击常数C ＝6.02× 10 5 Wb/格。 试验通过测量1J50材料的饱和磁感应强度对冲击常数进行标定， 试验结果的相对误差都在2%以内， 说明冲击常数标定成功。

影响测试因素分析

在磁性材料测量中，一般情况下 B 和 H 是非线性函数关系，所以 B 不仅受到 H 的影响，还与材料的磁经历有关，所以在测量之前必须通过退磁来确保 B 和 H 都为零的状态。理论上退磁次数越多越好，但是退磁的次数也会影响测量的结果， 退磁次数过多，会导致样品发热，影响样品的测试精度。所以在测量试验中要确定最佳退磁次数。

由式（1）可知： 一般增加样品的次级线圈匝数就会增加检流计的偏转量， 进而可以提高 B s 的测试灵敏度， 但是增大次级线圈匝数之后， 会影响整个测试 回路中的电感量， 而电感又影响被测电量， 冲击常数与电感成反比， 而电感又和次级线圈的匝数 N 2 成正比， 则当 N 2 增大时， 冲击常数又减小。 所以正确选取次级线圈的匝数也是影响测量精度的一个很重要因素。

由于不同的直流磁化电源在测量过程中会产生不同的动态电阻， 会影响到测试结果， 所以试验还选取了不同的磁化直流电源作为分析当中的一个因素。 对于这些影响因素， 如何快速简单地确定出最佳测量条件至关重要。

分析方法的确定和设计

在实际的工程应用当中， 正交试验法是一种试验次数少， 周期短， 可以迅速找到优化方案的一种科学计算方法。 试验采用正交试验法对1J22的测量过程和结果进行分析和优化。

正交试验的设计

正交试验的设计包括3 个部分：（1）确定正交试验因素；（2）选用正交表；（3）表头的设计 。 最后通过处理数据得出最佳的试验条件。 选取1J22标准环 形样品， 样品参数： 截面积 S＝ 0.219 cm 2 ， 初级匝数为 450匝， d 外 －d 内 ＝3.6× 10 -2 m。 在样品的测量中，由于测试时间过长会引起样品绕组发热， 导致测量结果很不稳定， 所以必须找出最佳的测量条件。 影响1J22软磁合金饱和磁感应强度的主要因素： 退磁的次数、直流电源的型号、次级线圈的匝数、环境温度。 其中环境温度在试验过程中是不可控因素。 所以选取前3 个因素， 每个因素选取3 个试验水平。 次级线圈A 1 为 8， A 2 为 11， A 3 为 15； 直流电源的型号B 1 为 WYJ-30F,B 2 为 PD1723， B 3 为 UNI-TUTP3315TF-L； 退磁次数 C 1 为 0， C 2 为 1， C 3 为 2。 正交表为 3 因素 3 水平的试验方案。