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CN106680742A - 一种空间磁感应强度矢量定位测量装置 - Google Patents

一种空间磁感应强度矢量定位测量装置 Download PDF

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CN106680742A CN201611119468.8A CN201611119468A CN106680742A CN 106680742 A CN106680742 A CN 106680742A CN 201611119468 A CN201611119468 A CN 201611119468A CN 106680742 A CN106680742 A CN 106680742A
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尹滕
郇维亮
冯亮花
曹斌涛
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    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明提供了一种空间磁场矢量定位测量装置，包括三维移动支架、磁感应强度矢量测量仪和矢量探头，三维移动支架由底座、x方向移动轴板、x轴标尺、x方向调节旋钮、y方向移动轴板、y轴标尺、y方向调节旋钮、z方向移动轴板、z轴标尺、z方向调节旋钮和探杆构成；所述磁感应强度矢量测量仪由安装在一个仪器箱中的三个毫伏表和一个标准的5伏电源构成；矢量探头是由三个霍尔型传感器组装成的矢量型霍尔传感器，三个霍尔型传感器的平面互相垂直，固定在三维移动支架探杆的前端，矢量探头通过探头连接线与磁感应强度矢量测量仪相连接。本装置能够实现对空间磁感应强度矢量定位测量，并且能够研究空间磁场的分布。

Description

一种空间磁感应强度矢量定位测量装置
技术领域
本发明涉及磁场测量装置，特别涉及一种空间磁感应强度矢量定位测量装置。
背景技术
磁感应强度是一个重要的物理量，磁感应强度是个矢量，它在空间的每一个点上既有大小又有方向。由于磁感应强度是矢量，磁场的分布又是不均匀的，因而磁场中每一个点上磁感应强度的大小和方向都可能不相同，这样就为磁感应强度的测量带来麻烦。在不知道空间一点磁场方向的情况下，只能在该点选择一个方向进行测量，这样我们得到的其实这是该点磁感应强度在这个方向上的分量。而且，测量的传感器必须足够小才能够反映该点的磁感应强度，否则得到的就是传感器位置磁感应强度的平均值。
如今在实验室教学中的霍尔效应磁场测试仪及毫特计，由于都是使用一个传感器，只能确定和描绘单一方向的磁场的大小。要测量空间一点的磁感应强度需要在该点放置三个传感器，同时测量三个互相正交的磁场分量。这样才能够得到该点的磁感应强度矢量。因此霍尔效应磁场测试仪在实际测量中具有一定的局限性。对于空间磁场的测试，目前没有既能测试磁场大小又能测试磁场方向的仪器，这对我们了解空间任意磁场，认识客观磁场分布情况还不够。
查阅相关专利文献，与磁场测试的公开专利文献有：一种磁场测量分析系统。申请号CN103675723A没有垂直刻度尺，适用于平面内的测量，其霍尔探针测量装置，只能够测量一个方向的分量。不具有对磁感应强度矢量测量的相关功能。还有一种快速估算磁场强度的装置和方法。申请号CN103116141A，只能够适用一些简单的一维测量和估算，既不能满足实验测量精度，也不能满足满足对磁场方向测量的要求，更不能实现对测量点的定位需要。
申请号CN201120178159.4，一种空间磁场矢量测量装置。该专利测量的是随时间变化的电磁波中的磁场，在该专利的[0006]处说明了线圈磁传感器仅在变化的磁场中能感应出电压信号。并且该装置的传感器直径超过10cm，更无法实现对空间任意一点磁场的定位测量，也无法对空间磁场分布作定量分析，而且该装置还不能保证线圈磁传感器在空间中的姿态，基本无法保证探头的方向，只有探头的姿态不变，才能够通过对磁场三个分量的测量得到磁场的实际方向。
发明内容
为了解决背景技术中所述问题，本发明提供了一种空间磁场矢量定位测量装置，能够实现对空间磁感应强度矢量定位测量，并且能够研究空间磁场的分布。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种空间磁感应强度矢量定位测量装置，包括三维移动支架、磁感应强度矢量测量仪和矢量探头，三维移动支架由底座、x方向移动轴板、x轴标尺、x方向调节旋钮、y方向移动轴板、y轴标尺、y方向调节旋钮、z方向移动轴板、z轴标尺、z方向调节旋钮和探杆构成；
所述x方向移动轴板是一个下部带有直齿条的条形金属板，直齿条和安装在底座上的直齿圆柱齿轮啮合，直齿圆柱齿轮与x方向调节旋钮进行轴连接，由x方向调节旋钮通过齿轮齿条带动x方向移动轴板进行x方向移动；y方向移动轴板是下部带有直齿条的条形板，直齿条和安装在x方向移动轴板上的直齿圆柱齿轮啮合，直齿圆柱齿轮与安装在x方向移动轴板一端的y方向调节旋钮进行轴连接，由y方向调节旋钮通过齿轮齿条带动y方向移动轴板进行y方向移动；z方向移动轴板固接在y方向移动轴板上，z方向移动轴板上安装有z方向调节旋钮、探杆和滚珠丝杠，探杆通过滚珠丝杠与z方向调节旋钮相连接，由z方向调节旋钮带动探杆进行z方向移动；
所述磁感应强度矢量测量仪由安装在一个仪器箱中的三个毫伏表和一个标准的5伏电源构成；矢量探头是由三个霍尔型传感器组装成的矢量型霍尔传感器，三个霍尔型传感器的平面互相垂直，固定在三维移动支架探杆的前端，矢量探头通过探头连接线与磁感应强度矢量测量仪相连接。
所述x轴标尺、y轴标尺、z轴标尺分别安装在x方向移动轴板、y方向移动轴板、z方向移动轴板上。
所述探杆前端还设有探头支架。
所述磁感应强度矢量测量仪还设有磁场x分量调零按钮、磁场y分量调零按钮、磁场z分量调零按钮和电缆输入端口。
所述三维移动支架的底座下端还安装有底脚。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、能够对任意的磁场进行矢量方式的定量的测量，解决了普通磁场测试难及复杂磁场分布不容易测量的难题。
2、三维移动支架可以实现对探头的准确定位，保证探头是在需要测量的空间位置，或者可以使探头移动到指定的空间位置，
3、探头固定在架子上与支架成为一体，姿态不会发生改变，仅仅是空间位置会通过调节发生变化，可以实现对指定位置的磁场的测量，弥补了手动操作不能保证探头姿态的不足。
4、能够通过空间位置数据和矢量磁场数据实现对空间磁场分布的分析。
附图说明
图1为本发明提供的三维移动支架结构示意图；
图2为本发明提供的磁感应强度矢量测量仪结构示意图；
图3为本发明提供的矢量探头结构示意图。
图中：1-矢量探头 2-探头支架 3-探头连接线 4-探杆 5-z方向移动轴板 6-z方向调节旋钮 7-z方向标尺 8-y方向移动轴板 9-y方向调节旋钮 10-y方向标尺 11-x方向移动轴板 12-x方向调节旋钮 13-x方向标尺 14-底脚 15-底座 16-磁场x分量调零按钮17-磁场y分量调零按钮 18-磁场z分量调零按钮 19磁场x分量毫伏表 20-磁场y分量毫伏表 21-磁场z分量毫伏表 22-电缆输入端口 23-x轴霍尔型传感器24-y轴霍尔型传感器25-z轴霍尔型传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1-3所示，一种空间磁感应强度矢量定位测量装置，包括三维移动支架、磁感应强度矢量测量仪和矢量探头1，三维移动支架由底座15、x方向移动轴板11、x轴标尺13、x方向调节旋钮12、y方向移动轴板8、y轴标尺7、y方向调节旋钮9、z方向移动轴板5、z轴标尺7、z方向调节旋钮6和探杆4构成；
如图1所示，所述x方向移动轴板11是一个下部带有直齿条的条形金属板，直齿条和安装在底座15上的直齿圆柱齿轮啮合，直齿圆柱齿轮与x方向调节旋钮12进行轴连接，由x方向调节旋钮12通过齿轮齿条带动x方向移动轴板进行x方向移动；y方向移动轴板8是下部带有直齿条的条形板，直齿条和安装在x方向移动轴板11上的直齿圆柱齿轮啮合，直齿圆柱齿轮与安装在x方向移动轴板11一端的y方向调节旋钮9进行轴连接，由y方向调节旋钮9通过齿轮齿条带动y方向移动轴板8进行y方向移动；z方向移动轴板5固接在y方向移动轴板8上，z方向移动轴板5上安装有z方向调节旋钮6、探杆4和滚珠丝杠，探杆4通过滚珠丝杠与z方向调节旋钮6相连接，由z方向调节旋钮6带动探杆4进行z方向移动；
如图2所示，所述磁感应强度矢量测量仪由安装在一个仪器箱中的三个毫伏表：磁场x分量毫伏表19、磁场y分量毫伏表20、磁场z分量毫伏表21和一个标准的5伏电源构成；
如图3所示，矢量探头1是由三个霍尔型传感器23、24、25组装成的矢量型霍尔传感器，三个霍尔型传感器的平面互相垂直，固定在三维移动支架探杆4的前端，矢量探头1通过探头连接线3与磁感应强度矢量测量仪相连接。
所述x轴标尺13、y轴标尺10、z轴标尺7分别安装在x方向移动轴板11、y方向移动轴板8、z方向移动轴板5上。
所述探杆4前端还设有探头支架2。
所述磁感应强度矢量测量仪还设有磁场x分量调零按钮19、磁场y分量调零按钮20、磁场z分量调零按钮21和电缆输入端口22。
所述三维移动支架的底座15下端还安装有底脚14。
所述探杆4可以根据不同需要配置不同的长度。
所述磁感应强度矢量测量装置具体应用方法如下：
将矢量探头1安装到探杆4的前端的探头支架2上，通过连接线将矢量探头连接到磁感应强度矢量测量仪上，开启仪器电源，预热5分钟，将显示仪表调零，然后使三维移动支架处于被测磁场中，选取一个参考点读取坐标，然后调节x、y、z方向调节旋钮，使矢量探头到达目的测试点，记录三条标尺刻度和记录三块毫特计的读数，最后根据几何关系计算出该点磁场的大小和方向，测量其他点的方法以此类推；
把空间内每一个点的位置和磁场信息记录在数据库里，由于空间内不同点的磁场大小方向都不一样，这样只要测量出磁场就可以通过数据库得到该点的空间位置数据。
所述磁感应强度矢量定位测量装置可以应用到材料的无损测量：如果材料内部有磁性物质，就可以通过对材料周围磁场的测量，对内部物质的组成进行分析。如果材料内部有裂纹或者缺陷也会影响周围的磁场分布，使用该仪器就可以实现对缺陷大小和位置的分析。
所述磁感应强度矢量测量定位装置还可以应用于环境监测：通过对一定空间磁场进行定期测量，就可以了解该空间附近磁场环境的变化，分析周围物质的移动情况，以及目标的性质大小等等，这在军事和安全领域有应用价值。
学校还可以在教学实验中开设在磁铁周围磁场定点测量磁感应强度矢量的实验，使学生对实验非常感兴趣。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (5)

1.一种空间磁感应强度矢量定位测量装置，其特征在于，包括三维移动支架、磁感应强度矢量测量仪和矢量探头，三维移动支架由底座、x方向移动轴板、x轴标尺、x方向调节旋钮、y方向移动轴板、y轴标尺、y方向调节旋钮、z方向移动轴板、z轴标尺、z方向调节旋钮和探杆构成；
所述x方向移动轴板是一个下部带有直齿条的条形金属板，直齿条和安装在底座上的直齿圆柱齿轮啮合，直齿圆柱齿轮与x方向调节旋钮进行轴连接，由x方向调节旋钮通过齿轮齿条带动x方向移动轴板进行x方向移动；y方向移动轴板是下部带有直齿条的条形板，直齿条和安装在x方向移动轴板上的直齿圆柱齿轮啮合，直齿圆柱齿轮与安装在x方向移动轴板一端的y方向调节旋钮进行轴连接，由y方向调节旋钮通过齿轮齿条带动y方向移动轴板进行y方向移动；z方向移动轴板固接在y方向移动轴板上，z方向移动轴板上安装有z方向调节旋钮、探杆和滚珠丝杠，探杆通过滚珠丝杠与z方向调节旋钮相连接，由z方向调节旋钮带动探杆进行z方向移动；
所述磁感应强度矢量测量仪由安装在一个仪器箱中的三个毫伏表和一个标准的5伏电源构成；矢量探头是由三个霍尔型传感器组装成的矢量型霍尔传感器，三个霍尔型传感器的平面互相垂直，固定在三维移动支架探杆的前端，矢量探头通过探头连接线与磁感应强度矢量测量仪相连接。
2.根据权利要求1所述的空间磁感应强度矢量定位测量装置，其特征在于，所述x轴标尺、y轴标尺、z轴标尺分别安装在x方向移动轴板、y方向移动轴板、z方向移动轴板上。
3.根据权利要求1所述的空间磁感应强度矢量定位测量装置，其特征在于，所述探杆前端还设有探头支架。
4.根据权利要求1所述的空间磁感应强度矢量测量定位装置，其特征在于，所述磁感应强度矢量测量仪还设有磁场x分量调零按钮、磁场y分量调零按钮、磁场z分量调零按钮和电缆输入端口。
5.根据权利要求1所述的空间磁感应强度矢量定位测量装置，其特征在于，所述三维移动支架的底座下端还安装有底脚。
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