CN100360952C - 三维空间磁场与磁力测试装置 - Google Patents

Abstract

一种三维空间磁场与磁力测试装置，在安装有计算机和控制器以及可编程控制器的控制箱上端面上设置安装有被测零件夹具的工作平台，在工作平台上设置有纵向移动机构，纵向移动机构上设置有横向移动机构，横向移动机构上设置有竖向移动机构，在与竖向移动机构联接的悬臂上设置有与磁性体材夹具联接的拉压传感器，在磁性体夹具的侧面上设置至少安装1个三维霍尔探头的三维霍尔探头架。本发明测试系统采用无磁性材料，不受低温影响，控制系统采用计算机，实现了自动测试和自动控制。它具有设计合理、操作简便、测量精度高、自动化程度高等优点。可用于测量磁体之间、磁体与超导体之间的三维磁力和三维磁场，并可测量动态变化的三维磁力和三维磁场。

Description

三维空间磁场与磁力测试装置

技术领域

本发明属于磁场与磁力测试装置技术领域，具体涉及到三维空间磁场与磁力测试装置。

背景技术

自1986年高温超导发现以来，经过十几年的发展，高温超导在理论和应用开发研究方面都取得了长足的进展，让人们再一次看到了超导材料应用的曙光。它将成为二十一世纪高新技术材料和高新技术应用发展的一个新的热点和亮点。钇钡铜氧超导块材便是高温超导材料家族中性能最好、最有应用潜力和最有可能尽早投入实际应用的材料之一。它可广泛用于微型强磁场永久磁体、磁分离系统、超导磁悬浮轴承、储能飞轮、超导电机和发电机、故障限流器、电流引线、超导磁悬浮列车及磁悬浮搬运系统。国际超导工业峰会预计高温超导材料的应用将会带来巨大的经济效益和社会效益。

作为第二类超导体，钇钡铜氧系列超导体由于其高临界温度(T为91k)、强磁通钉扎能力、强磁场下大的无阻载流能力(Jc＞104A/cm²，77K，1T)，高的上临界磁场(约100T)、高的捕获磁通(＞17T，29K)、高的磁悬浮力(＞10N/cm²)和良好的自稳磁悬浮特性，使得各国政府和科研工作者都投入了大量的人力、物力和财力，对该类材料的制备技术、物理特性及应用进行研究，并取得了喜人的进展，向人们展示了该类高新技术材料的广泛应用前景。

常用的强磁场永磁体为钕铁硼磁体，其表面磁场约为0.5-0.6T，虽只能满足低磁场应用的要求，而远不能满足强磁场应用的需求。目前，钇钡铜氧系列超导体的捕获磁通已远远地超过了常规的永久磁体。例如，Φ30mm的钇钡铜氧可以捕获1.3T的磁场(77K)、Φ33mm的钇钡铜氧可以捕获1.6T的磁场(77K)、Φ65mm的钆钡铜氧超导体可以捕获3T的磁场、两块这样的磁体可以获得4.3T(77K)的强磁场。这样强的磁场，可以用于磁铁矿装置中的磁分离系统、污水处理、超导电机、磁控溅射镀膜装置等。实验表明，对磁导率为2×10^-3的赤铁矿粉浆，在1.8T下，该种矿粉的回收率可达90％以上。另外，德国Dresden的G Krabbes研究小组用两块直径2.2cm的钇钡铜氧样品在24K下获得了16T的强磁场；日本的MuraKami小组用直径2.65cm、厚1.5cm的样品在29K下获得17.24T的磁场。这些结果已远远超过了常规永久磁体理论极限的10倍以上，可作为高场永磁体，满足科研、生产及工程应用对强磁场的需求，具有很好的应用前景。

目前，钇钡铜氧系列高温超导块材的制备技术已基本成熟，国际上许多实验室或研究机构，如日本、德国、法国、英国、美国以及我国的北京有色金属研究总院、西北有色金属研究院、上海交通大学、陕西师范大学等都可以制备单畴钇钡铜氧系列的超导块材。当前，各研究单位都在进一步进行深入细致的研究，不断提高材料制备技术。同时，开展了对其它稀土钡铜氧超导体的研究，如钕钐铕钡铜氧、钕钡铜氧、钆钡铜氧等，并取得了很大进展，为该类材料的应用奠定了良好基础。

对钇钡铜氧系列超导块材物理性能的研究是该种材料付诸应用的基础。众所周知，钇钡铜氧系列超导体具有广泛的应用前景，但其工程应用范围的大小和程度主要取决于该类材料磁悬浮力和捕获磁通的大小。目前，钇钡铜氧系列超导体与永磁体之间的磁悬浮力已超过10Ncm²(77K)。由于受永磁体低磁场(＜0.5T)的限制，其理论极限为25N/cm²(77K)。要进一步提高该类材料的磁悬浮力，只能寄希望于具有强磁通捕获能力的钇钡铜氧系列超导体，当其捕获磁通达到11T时，用该种超导永磁体替代现有永磁体，其磁悬浮力密度可达2500N/cm²。即使钇钡铜氧超导体的捕获磁通达到5到6T时，都可满足许多实际应用的要求，具有非常好的应用前景。

只要钇钡铜氧系列块材具有高的捕获磁场，就可以用该种材料提高磁悬浮力。捕获磁通能力的大小对材料的应用起着决定性的作用。所以，对该类材料捕获磁场分布的研究受到普遍关注。如日本国际超导技术研究中心(ISTEC)已用该类材料获得磁场强度为3.15T(钆钡铜氧，77K)和17.24T(钇钡铜氧，29K)的高磁场永磁体；德国IFW-Dresden已获得16T(钇钡铜氧，24K)高磁场；奥地利的H.W.Weber研究小组通过用中子辐照的方法，提高了钇钡铜氧块材的磁通钉扎能力，获得了13.3T(33K)的强磁场。我国的北京有色金属研究总院，西北有色金属研究院，中科院电工所，北京大学，西南交通大学，陕西师范大学等在这方面都做了一些初步的工作。

虽然国际上对钇钡铜氧块材的捕获磁通能力和磁悬浮力进行了比较广泛的研究，由于其捕获磁通和磁悬浮力的大小和所用的实验方法密切相关，所以各研究单位都只能根据自己的实验条件和判断方法给出实验结果，国际上尚未形成统一的标准，仍需进行大量的工作。该类超导材料的应用设计离不开所用样品的捕获磁通和磁悬浮力特性，该特性不仅与样品的质量有关，而且与所用磁体的磁场分布、样品与磁体的形状和相对面积、磁场历史、相对运动速度等密切相关，是大块超导材料磁悬浮应用设计所必需的技术参数。要获得这些参数，就必须建立起相应的超导磁悬浮力测试装置。

在捕获磁通测试方面，各研究单位都普遍采用霍尔传感器来测量，但基本上都是测量磁场或磁悬浮力在一个方(即一维测量)向上的量值。如在英国剑桥大学的D.A.Cardwell报道的国际超导标准测试组结果中，各单位测量的都是一维磁场的分布(其中包括德国的IPHT、IFW、ZFW，奥地利的ATI，法国的CNRS等)。在磁悬浮力测试方面，各单位基本上用的都是一维的磁力测试装置，如美国Cornell大学、休斯顿大学、Cincinnati大学，日本的国际超导研究中心，中国的西北有色金属研究院、北京有色金属研究总院、西南交通大学等。其中只有较少的单位具有测量二维或三维磁力和磁场的条件，而且各单位的装置基本上都是自己制作的，至今也没有形成一个完善的测试系统，国际上也无该类产品出售。在实际应用开发和研究工作中，科研工作者都希望能够更快、更可靠、更多的获得三维磁力和磁场的的信息，提高工作效率，本发明正是根据这些实际需要提出的。

在高温超导体材料和磁性体材料技术研究领域当前需要迫切解决的技术问题时提供一种测量三维磁力和磁场的装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于为高温超导体材料和磁性体材料提供一种设计合理、操作简便、测量精度高的三维空间磁场与磁力测试装置。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：

在安装有计算机和控制器以及可编程控制器的控制箱上端面上通过调节螺钉设置安装有被测零件夹具的工作平台，在工作平台的左右两侧面设置有纵向移动轨道，在工作平台下端面前后设置有纵向丝杆轴套、工作平台后侧设置有纵向移动电机，纵向丝杆的两端设置在纵向丝杆轴套内且后端与纵向移动电机的输出轴联接、纵向丝杆中部套装在纵向联接轴套内，在纵向联接轴套上设置有纵向移动支架，在纵向移动支架上设置有横樑，横樑的两内侧上下设置有横向移动轨道、横樑左右设置有横向丝杆轴套，横樑的外侧设置有横向移动电机，横向丝杆的两端安置在横向丝杆轴套内、横向丝杆右端与横向移动电机联接、横向丝杆中部套装在横向联接轴套内，横向移动支架设置在横向联接轴套上，在横樑上设置有竖向移动支架，竖向移动支架的两内侧左右设置有竖向移动轨道，竖向移动支架的两内侧上下设置有竖向丝杆轴套，在横向移动支架的上端面设置有竖向移动电机，竖向丝杆的两端设置在竖向丝杆轴套内且上端与竖向移动电机联接、竖向丝杆中部套装在竖向联接轴套内，悬臂设置在竖向联接轴套上，在悬臂上设置有与磁性体材夹具联接的拉压传感器，在磁性体夹具的侧面上设置至少安装1个三维霍尔探头的三维霍尔探头架。

本发明的三维霍尔探头是：在霍尔片座的上表面、前表面、右表面设置有霍尔片，三片霍尔片通过引线与可编程控制器相连。本发明的磁性体材夹具为：在夹具盒内上端面设置有导磁片，在导磁片下设置有钢珠以及柱状磁体，在夹具盒的内侧面上至少设置有4个压力传感器，夹具盒的外侧面上设置有法兰盘，在法兰盘上设置有与压力传感器搭接的可调整距离的调距机构。

本发明的可调整距离的调整机构为：设置的法兰盘上调距螺杆的头部与压力传感器之间安装有垫片。

本发明的三维霍尔探头是3个单独的霍尔片设置在所要测试的空间区域。

本发明测试系统均用无磁性材料，不受低温影响，可对三维磁力和磁场进行单独测试和动态测试，采用计算机控制，实现了自动测试和对17路数据包括3个位置信号和5个力信号以及9个磁场信号的等时、实时、高效自动记录，将工作效率提高到原来的300％以上。它具有设计合理、操作简便、测量精度高等优点。本发明可用于测量磁体之间、磁体与超导体之间的三维磁力和三维磁场，并可测量动态变化的三维磁力和三维磁场。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是图1的俯视图。

图4是图1中三维霍尔探头16的结构示意图。

图5是图1中磁性体材夹具15的结构示意图。

图6是图1中被测零件夹具19的结构示意图。

图7是采用本发明测量圆柱形磁体和零场冷圆柱形超导体在竖直方向相对运动时的磁力曲线。

图8是采用磁悬浮力测试装置测量超导体与永久磁体沿竖直方向的磁力曲线。

图9是采用本发明测量圆柱形磁体与圆柱形超导体在竖直方向间距为3mm时两者沿X方向相对运动的三维磁力曲线。

图10是采用本发明测量组合磁体磁场强度在三维空间的分布图。

图11是采用本发明测量圆柱形磁体和零场冷圆柱形超导体的磁力时超导体表面三个位置三维磁场分布的动态变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

在图1、2、3中，本实施例的三维空间磁场与磁力测试装置是由横樑1、横向丝杆轴套2、横向移动轨道3、横向丝杆4、横向联接轴套5、横向移动支架6、竖向移动支架7、竖向移动轨道8、竖向丝杆轴套9、竖向移动电机10、竖向丝杆11、悬臂12、拉压传感器13、竖向联接轴套14、磁性体材夹具15、三维霍尔探头16、三维霍尔探头架17、横向移动电机18、被测零件夹具19、工作平台20、纵向丝杆轴套21、纵向丝杆22、调节螺杆23、控制箱24、计算机25、控制器26、可编程控制器27、纵向移动支架28、纵向移动轨道29、纵向移动电机30、纵向联接轴套31联接构成。

在控制箱24上端面上用调节螺杆23安装有工作平台20，调整调节螺杆23，可将工作平台20的上表面调整为水平位置，在工作平台20上安装有被测零件夹具19，在测试被测磁性材料零件或超导体材料零件的磁场和磁力时，将被测磁性材料零件或超导体材料零件固定在被测零件夹具19上。在控制箱24内安装有计算机25和控制器26以及可编程控制器27，计算机25的型号为联想奔腾IV型，工作平台20和控制箱24以及控制器26为三维精密机床的零部件，可编程控制器27的型号为DVP14SST2，为市场销售商品。在工作平台20的左右两侧面安装有纵向移动轨道29，在工作平台20下端面的中心位置前后两端用螺纹紧固联接件固定联接有纵向丝杆轴套21、工作平台20后侧安装有纵向移动电机30，纵向丝杆22的两端安装在纵向丝杆轴套21内、纵向丝杆22后端与纵向移动电机30的输出轴联接、纵向丝杆22中部套装在纵向联接轴套31内，在纵向联接轴套31上用螺纹紧固联接件固定联接有纵向移动支架28。当纵向移动电机30旋转时，带动纵向丝杆22转动，纵向丝杆22转动带动纵向联接轴套31前后移动，使纵向移动支架28沿着纵向移动轨道29前后移动，纵向移动电机30旋转由计算机25通过控制器26控制。

在纵向移动支架28上用螺纹紧固联接件固定联接有横樑1，横樑1的两内侧上下用螺纹紧固联接件固定联接有横向移动轨道3，横樑1的两内侧左右用螺纹紧固联接件固定联接有横向丝杆轴套2，在横樑1的右侧外用螺纹紧固联接件固定联接有横向移动电机18，横向丝杆4的两端安装在横向丝杆轴套2内、横向丝杆4右端与横向移动电机18联接、横向丝杆4中部套装在横向联接轴套5内，横向支架6用螺纹紧固联接件固定联接在横向联接轴套5上。当横向移动电机18旋转时，带动横向丝杆4转动，横向丝杆4转动带动横向联接轴套5左右移动，使横向移动支架6沿着横向移动轨道3左右移动，横向移动电机18旋转由计算机25通过控制器26控制。

在横樑1上用螺纹紧固联接件固定联接有竖向移动支架7，竖向移动支架7的两内侧左右用螺纹紧固联接件固定联接有竖向移动轨道8，竖向移动支架7的两内侧上下用螺纹紧固联接件固定联接有竖向丝杆轴套9，在横向移动支架6的上端面上用螺纹紧固联接件固定联接有竖向移动电机10，竖向丝杆11的两端安装在竖向丝杆轴套9内、竖向丝杆11上端与竖向移动电机10联接、竖向丝杆11中部套装在竖向联接轴套14内，悬臂12用螺纹紧固联接件固定联接在竖向联接轴套14上。当竖向移动电机10旋转时，带动竖向丝杆11转动，竖向丝杆11转动带动竖向联接轴套14上下移动，使悬臂12沿着竖向移动轨道8上下移动，竖向移动电机10旋转由计算机25通过控制器26控制。

在悬臂12上用螺纹紧固联接件固定联接有拉压传感器13，拉压传感器13为市场销售的商品，型号为CLBSF，拉压传感器13将所接收到的拉力和压力信号转换成电压信号输出到可编程控制器27，可编程控制器27将输入的电信号进行处理和放大并经过A/D转换输出到计算机25。在拉压传感器13的下端面用螺纹紧固联接件固定联接有磁性体材夹具15，在磁性体材夹具15的左右两侧面上用螺纹紧固联接件固定联接有三维霍尔探头架17，三维霍尔探头架17上固定安装有3个三维霍尔探头16。

在图4中，本实施例的三维霍尔探头16是由霍尔片座16-1、霍尔片16-2、引线16-3联接构成。在霍尔片座16-1的上表面、前表面、右表面用胶粘接有霍尔片16-2，并用环氧树脂封装。三个霍尔片16-2通过引线16-3与可编程控制器27相连。可编程控制器27将输入的电压信号进行处理和放大并经过A/D转换输出到计算机25，计算机25将输入的信号进行数据处理显示出计算结果。本实施例的3个三维霍尔探头16也可制作成9个单独的霍尔片探头按需要固定在所要测试的空间区域，在改变磁体与磁体之间、或磁体与超导体等之间的相对位置，测量出它们之间的相互作用力，同时测量出由于它们之间因相对位置改变而引起的动态磁场分布变化。

在图5中，本实施例的磁性体材夹具15是由夹具盒15-1、铁片15-2、钢珠15-3、柱状磁体15-4、衬套15-5、法兰盘15-6、调距螺杆15-7、垫片15-8、联接片15-9、压力传感器15-10联接构成，铁片15-2为导磁片的一个实施例，调距螺杆15-7、垫片15-8构成本实施例的调距机构。在夹具盒15-1内上端面用螺纹紧固联接件固定联接有铁片15-7，也可安装其它导磁片，如硒钢片或软磁材料片，在铁片15-7下通过磁力吸附有柱状磁体15-4，柱状磁体15-4的大小和形状可根据被测磁性材料或超导体材料的磁力设计要求进行更换，柱状磁体15-4与铁片15-7之间吸附有钢珠15-3，钢珠15-3使柱状磁体15-4在前后左右移动时减小摩擦阻力。在夹具盒15-1的前后左右内侧面上用螺纹紧固联接件和联接片15-9固定联接有4个压力传感器15-10，夹具盒15-1的前后左右外侧面上用螺纹紧固联接件联接有法兰盘15-6，法兰盘15-6上安装有调距螺杆15-7，调距螺杆15-7的下端安装有垫片15-8，构成调距机构，也可采用机械设计中常规的调距机构，如丝杆螺套机构。旋转调距螺杆15-7，可使压力传感器15-10的触点与柱状磁体15-4接触，测试时分别调整每一个法兰盘15-6上的调距螺杆15-7，使4个压力传感器15-10的触点都与柱状磁体15-4接触。

在图1、6中，在工作平台20上用螺纹紧固联接件联接有被测零件夹具19，被测零件夹具19正好位于磁性体材夹具15内柱状磁体15-4的正下方，本实施例的被测零件夹具19由夹具壳体19-1、定位螺钉19-2联接构成。本发明的夹具壳体19-1为非金属材料制成，本实施例的夹具壳体19-1为胶木材料制成，也可采用塑料或工程塑料等非金属材料，夹具壳体19-1为圆桶形，在夹具壳体19-1的径向均布安装有4个定位螺钉19-2，定位螺钉19-2用于将被测的磁性体或超导体固定在夹具壳体19-1的中心位置。测试磁体与磁体之间三维磁力分布时，可将一块磁体置于夹具壳体19-1内；测试磁体与超导体之间三维磁力分布时，将超导体置于夹具壳体19-1内，加入液氮。

实施例2

在本实施例中，在三维霍尔探头架17上固定安装有1个三维霍尔探头16。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

实施例3

本实施例的磁性体材夹具15为：在夹具盒15-1的前后左右内侧面上用螺纹紧固联接件和联接片15-9固定联接有8个压力传感器15-10，每一个内侧面联接2个压力传感器15-10。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

本发明的工作过程如下：

在进行测试的过程中，给拉压传感器13、压力传感器15-10和霍尔片16-2供给相应的恒定电压或恒定电流。当拉压传感器13和压力传感器15-10受到力的作用后，分别会将所受的力转换成相应的电压信号输出到可编程控制器27，经模数转换后将数字信号传输到计算机25记录；当三维霍尔探头16处在磁场环境中时，就会在霍尔片16-2上产生与磁场强度相应的电压信号，再通过模数转换后将数字信号传递给计算机25记录。三维空间位置信号由计算机25通过控制器26控制横向移动电机18、纵向移动电机30、竖向移动电机10并记录。

三维力场动态测试：将被测的磁性体或超导体置于被测零件夹具19的夹具壳体19-1内并用定位螺钉19-2固定，测试超导体时，需在夹具壳体19-1内注液氮冷却媒质。操作横向操纵系统、纵向操纵系统、竖向操纵系统，使安装在夹具壳体19-1上的磁性体或超导体正好位于磁性体材夹具15的柱状磁体15-4的正下放方。当被测的磁性体或超导体与安装在磁性体材夹具15上的柱状磁体15-4之间作用力关于Z轴对称分布，此时被测的磁性材料或超导体材料与柱状磁体15-4之间只有Z轴方向作用力，这时，只有Z轴方向的拉压传感器13接收到磁力信号输出到可编程控制器27，可编程控制器27将输入的电信号进行处理和放大并经过A/D转换输出到计算机25，由计算机25进行数据处理显示出结果，其它四个压力传感器15-10感受不到磁力信号。当被测的磁性体或超导体与柱状磁体15-4的位置不对称时，它们之间的磁力关于Z轴分布不对称，被测的磁性体或超导体与柱状磁体15-4之间除了产生竖直方向的磁力以外，还产生水平方向的相互作用力。水平方向的相互作用力通过钢珠15-4和铁片15-2使固定在夹具盒15-1上的柱状磁体15-4产生水平方向相对于夹具盒15-1移动，由于滚动摩擦系数很小，挤压安装在夹具盒15-1上同一水平面内的四个压力传感器15-10，使四个压力传感器15-10接收磁力信号并转换成电压信号输出到可编程控制器27，可编程控制器27将输入的电信号进行处理和放大并经过A/D转换输出到计算机25，由计算机25进行数据处理显示出结果。这样，当磁性体或超导体与柱状磁体15-4的相对位置变化时，可以同时得到它们在任一相对位置时、两者之间的相互作用力在三个方向上的分力。

将被测的磁性体或超导体固定在被测零件夹具19上，使装有柱状磁体15-4的磁性体材夹具15沿一定的路径，如Z字型路径，在所要求的范围内移动，并根据设计的时间或位移步长采集数据，将这些数据点通过可编程控制器27转换成数字信号、并传送给计算机25，可一次测得磁体与磁体或磁体与超导体之间三维力场的空间分布情况。

三维磁场测试：将被测的磁性体或超导体体固定在被测零件夹具19上，再将一个或三个三维霍尔探头16固定在与磁性体材夹具15相连接的三维霍尔探头支架1 7上，使之沿设定的路径，如Z字型路径，在所要求的范围内移动三维霍尔探头16，并根据设计的时间或位移步长采集数据，将这些数据点通过可编程控制器27转换成数字信号、并传送给计算机25，，可一次测得磁体在空间的三维磁场分布情况。

三维磁场的动态测量：通过三个三维霍尔探头16可以直接测量两个或多个磁性体之间、磁性体与超导体之间由于位置的相对变化而引起的三个关键空间点的磁场在每一时刻沿三个方向的量值，也可测九个关键点的磁场在每一时刻沿某些设定方向量值的变化。通过调节横向移动电机18、纵向移动电机30、竖向移动电机10的转速，可以直接测量不同相对运动速度情况下磁性体之间的三维相互作用力。

为了验证本发明的有益效果，发明人将本发明对圆柱形磁体和圆柱形超导体沿其对称轴线方向相对移动时测量三维空间的磁力、对50个10×10×10mm³小磁体构成的组合磁体进行了三维磁场测量、对圆柱形磁体和零场冷圆柱形超导体测量磁力时超导体表面三个位置三维磁场分布的动态变化测量，测试情况如下：

一、测量方法：按本发明的工作过程进行测量。

二、测量结果

1、测量磁力

测量结果见图7、9。

图7是用本发明装置对圆柱形磁体和零场冷圆柱形超导体沿其对称轴线方向相对移动时的测量结果。图中(1)是竖直方向磁力与距离的关系曲线、(2)是X正方向磁力与距离的关系曲线、(3)是X负方向磁力与距离的关系曲线、(4)是Y正方向磁力与距离的关系曲线、(5)是Y负方向磁力与距离的关系曲线。测试结果说明在基本对称的情况下，竖直方向磁力对位置的变化很敏感，X、Y方向磁力很小，只有完全对称情况下这些方向的磁力为0。测量结果表明本发明可测量磁性材料零部件和超导体材料零部件等在三维空间的磁力。

图8是发明人在1998年发明的磁悬浮力测试装置得到的结果，该装置只能给出超导体与永久磁体沿竖直方向的磁力，其结果与用本发明装置测试的结果图7(1)相同。但用磁悬浮力测试装置无法获得更多有用的数据。

图9是在圆柱形磁体与圆柱形超导体之间距离为3mm的轴对称情况下将超导体冷却到液氮温度后，用本发明装置对沿其X轴线方向相对移动时的测量结果。图中(1)是测量的竖直方向磁力与距离的关系曲线、(2)是测量的X正方向和负方向的磁力与距离的关系曲线、(3)是测量的Y正方向和Y负方向磁力与距离的关系曲线。测量结果说明在对称的情况下，竖直方向的磁力、X方向的磁力对位置的变化很敏感，Y方向磁力很小，只有完全对称情况下Y方向的磁力为0。测量结果表明本发明可测量水平面内磁性材料零部件和超导体材料零部件等在三维空间的磁力。

2、测量磁场

测量结果见图10。

图10中，(1)是由50个10×10×10mm³小磁体构成的组合磁体，(2)和(3)以及(4)分别是用本发明对距其上表面为0.3mm处的平面上磁场强度沿X轴方向、Y轴方向、竖直Z轴方向三个分量在整个平面上的分布测试结果。其结果非常清楚、形象、直观的给出了其各磁场分量在该平面上的分布。测量结果表明本发明可用于测量各种复杂空间上的磁场分布。

3、测量磁力时超导体表面三个位置三维磁场分布的动态变化

测量结果见图11。

图11是用本发明装置对圆柱形磁体和零场冷圆柱形超导体沿其对称轴线方向相对移动时，测量的竖直方向和水平方向磁力的同时(这里未给出力的图)，通过分别固定在超导体上表面中心、二分之一半径和边缘处的三个三维霍尔探头，测量出磁体和超导体之间因相对位置改变而引起超导体上表面三个关键位置的三个磁场分量的动态变化情况，图中(1)是超导体上表面中心位置的磁场沿X、Y、Z三个方向的动态变化曲线，(2)是超导体上表面二分之一半径位置的磁场沿X、Y、Z三个方向的动态变化曲线，(3)是超导体上表面边缘位置的磁场沿X、Y、Z三个方向的动态变化曲线。其结果说明本发明可在测量磁体和超导体以及载流线圈等之间的相互磁作用力的同时，测量出三个设定位置三维磁场分布的动态变化规律或九个设定位置在设定方向上的磁场分布动态变化规律。

Claims (4)

1、一种三维空间磁场与磁力测试装置，其特征在于：在安装有计算机(25)和控制器(26)以及可编程控制器(27)的控制箱(24)上端面上通过调节螺钉设置安装有被测零件夹具(19)的工作平台(20)，在工作平台(20)的左右两侧面设置有纵向移动轨道(29)，在工作平台(20)下端面前后设置有纵向丝杆轴套(21)、工作平台(20)后侧设置有纵向移动电机(30)，纵向丝杆(22)的两端设置在纵向丝杆轴套(21)内且后端与纵向移动电机(30)的输出轴联接、纵向丝杆(22)中部套装在纵向联接轴套(31)内，在纵向联接轴套(31)上设置有纵向移动支架(28)，在纵向移动支架(28)上设置有横樑(1)，横樑(1)的两内侧上下设置有横向移动轨道(3)、横樑(1)左右设置有横向丝杆轴套(2)，横樑(1)的外侧设置有横向移动电机(18)，横向丝杆(4)的两端安置在横向丝杆轴套(2)内、横向丝杆(4)右端与横向移动电机(18)联接、横向丝杆(4)中部套装在横向联接轴套(5)内，横向移动支架(6)设置在横向联接轴套(5)上，在横樑(1)上设置有竖向移动支架(7)，竖向移动支架(7)的两内侧左右设置有竖向移动轨道(8)，竖向移动支架(7)的两内侧上下设置有竖向丝杆轴套(9)，在横向移动支架(6)的上端面设置有竖向移动电机(10)，竖向丝杆(11)的两端设置在竖向丝杆轴套(9)内且上端与竖向移动电机(10)联接、竖向丝杆(11)中部套装在竖向联接轴套(14)内，悬臂(12)设置在竖向联接轴套(14)上，在悬臂(12)上设置有与磁性体材夹具(15)联接的拉压传感器(13)，在磁性体夹具的侧面上设置至少安装1个三维霍尔探头(16)的三维霍尔探头架(17)。

2、按照权利要求1所述的三维空间磁场与磁力测试装置，其特征在于所说的三维霍尔探头(16)是：在霍尔片座(16-1)的上表面、前表面、右表面设置有霍尔片(16-2)，三片霍尔片(16-2)通过引线(16-3)与可编程控制器(27)相连；所说的磁性体材夹具(15)为：在夹具盒(15-1)内上端面设置有导磁片，在导磁片下设置有钢珠(15-3)以及柱状磁体(15-4)，在夹具盒(15-1)的内侧面上至少设置有4个压力传感器(15-10)，夹具盒(15-1)的外侧面上设置有法兰盘(15-6)，在法兰盘(15-6)上设置有与压力传感器(15-10)搭接的可调整距离的调距机构。

3、按照权利要求2所述的三维空间磁场与磁力测试装置，其特征在于所说的可调整距离的调整机构为：设置的法兰盘(15-6)上调距螺杆(15-7)的头部与压力传感器(15-10)之间安装有垫片(15-8)。

4、按照权利要求1所述的三维空间磁场与磁力测试装置，其特征在于：所说的三维霍尔探头(16)是3个单独的霍尔片(16-2)设置在所要测试的空间区域。

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