CN100489561C - 教学用地磁场测量实验装置 - Google Patents

Abstract

一种教学用地磁场测量实验装置，属于测量技术领域。本发明包括：测量系统、底座、支架、第一销轴、转轴、第一手柄、转盘、第二手柄、轴套、底板、铜柱、第二销轴、刻度盘、指针，测量系统由传感器及外围电路和数值显示部分组成，这两部分分别通过两个铜柱固定在底板上，四个铜柱和转盘联结，第二手柄连接在转盘上，转盘通过轴套和第二销轴相连，第二销轴和转轴紧配合，转轴通过第一销轴连接在支架上，第一销轴和和支架紧配合，指针和第一手柄固定在转轴上，刻度盘粘贴在左侧支架上，支架垂直设置在底座上。本发明磁阻传感器体积小、成本低、灵敏度高、抗电磁噪声和干扰能力强、可靠性高以及易于安装，可用于中学及大中专院校的教学实验中。

Description

教学用地磁场测量实验装置

技术领域

本发明涉及一种测量技术领域的装置，具体涉及的是一种教学用地磁场测量实验装置。

背景技术

地球存在地磁场，地磁场属于弱场，在地面上平均磁感应强度约为0.5至0.6高斯(即0.5 x 10^-4特斯拉，1毫特斯拉＝10高斯)。地磁场强度与方向随地点不同而变化，作为一种重要的天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等方面都有着重要用途。在直流弱磁场测量中，也往往需要知道其数值，并设法消除其影响。因此研制出一种原理先进、简单易行、灵敏度高、价格低廉的地磁场测量装置，是十分必要的。该装置作为教学设备，用于中学及大中专院校的传感器或物理实验中，也具有非常重要的实际意义。

通常用磁倾角和磁感应强度来表示地磁场的方向和大小。经文献检索发现，作者王国余等在文献“新型磁阻传感器在地磁场测量中的应用”(2002年21卷第16期第43—45页)中，虽然曾提到可以用磁阻传感器来测量地磁场，但文献重点在于论述磁阻传感器的原理以及如何使用上，对实验装置只是做了简单介绍，并没有给出具体的实验装置图，而且其实验装置也过于简单，缺少必要的外围处理电路以及显示等功能。

目前市场上已有的磁场测量装置，如高斯计、特斯拉计和磁通计等，大多采用霍尔效应原理，虽然测量范围较大，也具显示功能，但灵敏度偏低，线性度也不好，比较适合测量较强磁场，测量像地磁场这样的弱磁场时误差较大。另外，这类仪器虽然已做成产品，但价格偏贵，而且不能测量磁倾角，不适合作为中学及大中专院校的教学实验设备和研究用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种教学用地磁场测量实验装置。本发明中，磁阻传感器具有体积小、成本低、灵敏度高、抗电磁噪声和干扰能力强、可靠性高以及易于安装等特性，可用于中学及大中专院校的教学实验中。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：测量系统、底座、支架、第一销轴、转轴、第一手柄、转盘、第二手柄、轴套、底板、铜柱、第二销轴、刻度盘、指针。

传感器及外围电路通过两个铜柱固定在底板上，数值显示部分也通过两个铜柱固定在底板上。四个铜柱通过螺纹和转盘联结。第二手柄通过螺钉连接在转盘上。转盘通过轴套和第二销轴相连，转盘可绕第二销轴转动。第二销轴和转轴紧配合。转轴通过第一销轴连接在支架上，并且转轴可围绕第一销轴旋转，第一销轴和和支架紧配合。指针和第一手柄通过螺钉固定在转轴上。安装时，指针中心线通过转轴的轴心，并且与转盘平行。刻度盘用胶水粘贴在左侧支架上。刻度盘的0度方向应对准指针的中心线，即水平方向为零。支架通过螺钉垂直安装在底座上。

测量时，首先检查周围环境中是否有铁质物质，应避免其对测量结果的干扰。

将本发明装置置于水平面上，调整第一手柄使转盘和底座平行。转动第二手柄，使转盘围绕第二销轴的轴线转动，并保持转盘始终平行底座。观察数值显示部分的读数，当读数最大时，记录下此时的数值(读数最大的方向即是地磁场磁感应强度的水平分量的方向)。然后继续转动第二手柄，观察数值显示部分的读数，当读数最小时，记录下此时的数值，通过简单计算，便可得出地磁场磁感应强度的水平分量值。

将本发明装置置于水平面上，调整第一手柄使转盘和底座平行。转动第一手柄，使转盘围绕第一销轴的轴线转动。观察数值显示部分的读数，当读数最大时，记下此时的数值，同时记录下指针的角度读数(即转盘和水平面之间的夹角)。然后继续转动第一手柄，观察数值显示部分的读数，当读数最小时，记录下此时的数值，同时记录下指针的角度读数(即转盘和水平面之间的夹角)，通过简单计算，便可得出磁倾角和地磁场的磁感应强度值。

本发明是一种基于磁阻传感器的、适合教学用的地磁场测量装置，具有原理先进、结构简单、灵敏度高、操作简便、价格低廉等特点。利用该实验装置，通过简单计算，便可得到较为精确的磁倾角和地磁场磁感应强度。另外，通过完成测量实验，操作者不仅仅能了解地磁场的特性，磁阻效应、磁阻传感器的原理和使用方法，而且还学会了一种精确测量弱磁场的简单易行的方法，适合在中学及大中专院校的传感器或物理实验中推广。

本发明除用于精确测量地磁场强度外，还可应用于罗盘、交通车辆检测、导航系统、伪钞鉴别、安全检测、位置测量、食品机械、探矿、医疗仪器以及非接触式电流测量等领域中，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明主截面结构示意图

图2为本发明结构俯视图

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明包括：测量系统3、底座4、支架5、第一销轴6、转轴7、第一手柄8、转盘9、第二手柄10、轴套11、底板12、铜柱13、第二销轴14、刻度盘15、指针16。

为避免对测量结果产生干扰，底座4、支架5、转轴7、第一手柄8、转盘9、第二手柄10、底板12、第二销轴14、刻度盘15均采用胶木材料，第一销轴6、轴套11、铜柱13和指针16采用铜材料。

测量系统3由传感器及外围电路1和数值显示部分2组成，传感器及外围电路1中的传感器采用磁阻传感器，外围电路由磁阻传感器需要的SET/RESET充磁电路、OFFSET电路、放大电路、模数转换电路组成，数值显示部分2采用LED显示。安装时注意保证测量系统3平行于转盘9。

传感器及外围电路1通过两个铜柱13固定在底板12上，数值显示部分2也通过两个铜柱13固定在底板12上。四个铜柱13通过螺纹和转盘9联结。第二手柄10通过螺钉连接在转盘9上。转盘9通过轴套11和第二销轴14相连，转盘9可绕第二销轴14转动。第二销轴14和转轴7紧配合。转轴7通过第一销轴6连接在支架5上，并且转轴7可围绕第一销轴6旋转，第一销轴6和和支架5紧配合。指针16和第一手柄8通过螺钉固定在转轴7上。安装时，指针16中心线通过转轴7的轴心，并且与转盘9平行。刻度盘15用胶水粘贴在左侧支架5上。刻度盘15的0度方向应对准指针16的中心线，即水平方向为零。支架5通过螺钉垂直安装在底座4上。

测量时，首先检查周围环境中是否有铁质物质，应避免其对测量结果的干扰。

将本发明装置置于水平面上，调整第一手柄8使转盘9和底座4平行。转动第二手柄10，使转盘9围绕第二销轴14的轴线转动，并保持转盘9始终平行底座4。观察数值显示部分2的读数，当读数最大时，记录下此时的数值，读数最大的方向即是地磁场磁感应强度的水平分量的方向。然后继续转动第二手柄10，观察数值显示部分2的读数，当读数最小时，记录下此时的数值，通过简单计算，便可得出地磁场磁感应强度的水平分量值。

将本发明装置置于水平面上，调整第一手柄8使转盘9和底座4平行。转动第一手柄8，使转盘9围绕第一销轴6的轴线转动。观察数值显示部分2的读数，当读数最大时，记下此时的数值，同时记录下指针的角度读数，即转盘和水平面之间的夹角。然后继续转动第一手柄8，观察数值显示部分2的读数，当读数最小时，记录下此时的数值，同时记录下指针的角度读数，即转盘和水平面之间的夹角，通过简单计算，便可得出磁倾角和地磁场的磁感应强度值。

Claims (3)

1、一种教学用地磁场测量实验装置，包括：测量系统(3)、底座(4)、支架(5)、第一销轴(6)、转轴(7)、第一手柄(8)、转盘(9)、第二手柄(10)、轴套(11)、底板(12)、铜柱(13)、第二销轴(14)、刻度盘(15)、指针(16)，其特征在于：测量系统(3)位于该装置最上面，位于该装置最上面，由传感器及外围电路(1)和数值显示部分(2)组成，传感器及外围电路(1)以及数值显示部分(2)分别通过两个铜柱(13)固定在底板(12)上，测量系统(3)平行于转盘(9)，四个铜柱(13)将底板(12)和转盘(9)联结，第二手柄(10)连接在转盘(9)上，转盘(9)通过轴套(11)和第二销轴(14)相连，第二销轴(14)和转轴(7)紧配合，转盘(9)和转轴(7)通过第二销轴(14)连接起来，转轴(7)位于该装置的中部，通过紧配合将第一销轴(6)连接在支架(5)上，指针(16)和第一手柄(8)固定在转轴(7)上，指针(16)中心线通过转轴(7)的轴心，并且与转盘(9)平行，转盘(9)能绕第二销轴(14)转动，转轴(7)能围绕第一销轴(6)旋转，刻度盘(15)粘贴在左侧支架(5)上，支架(5)垂直联接在底座(4)上，底座(4)位于该装置的最下面；

传感器及外围电路(1)中的传感器采用磁阻传感器，外围电路由磁阻传感器所需的复位电路、偏移电路、放大电路、模数转换电路组成，

底座(4)、支架(5)、转轴(7)、转盘(9)、底板(12)、第二销轴(14)、刻度盘(15)采用胶木材料，第一销轴(6)、轴套(11)、铜柱(13)和指针(16)采用铜材料。

2、根据权利要求1所述的教学用地磁场测量实验装置，其特征是：刻度盘(15)的0度方向应对准指针(16)的中心线，即水平方向为零。

3、根据权利要求1所述的教学用地磁场测量实验装置，其特征是：第一手柄(8)、第二手柄(10)均采用胶木材料。

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