CN101294976A

CN101294976A - 运流电流式电磁感应测速装置

Info

Publication number: CN101294976A
Application number: CNA2007100347869A
Authority: CN
Inventors: 陈启星
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-23
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2008-10-29

Abstract

一种测量运动载体平动速度的装置，用绝缘性软磁材料做成一直圆筒体11，内表面贴一层金属箔筒10且外表面贴一层金属箔筒12，将其分别接至电源正负极接头2和3，使金属箔筒12和10上分别带上正负电荷，再用导线穿绕于直筒体11形成一个感应线圈15，当运动载体运动且托板1旋转，直圆筒体11上有交变磁场，所以感应线圈15上会产生感应电势。

Description

运流电流式电磁感应测速装置

技术领域：

本发明是一种电磁感应测速装置，属于电磁学领域的发明。

背景技术：

传统的测量转速的装置有很多，如测速发电机和测量转速的光电计数器。陆地运行的交通工具的测速装置通常是测量车轮转速换算成行驶速度。飞机和船舶的测速最困难，通常采用测量流体速度的方法来估计速度，很不准确。

本发明的目的是提供一种电磁感应式的平动速度测量装置，成为一种新的速度测量方式，在应用于飞机和船舶的测速方面有较大的优势。

发明申请内容：本发明是一种测量运动载体平动速度的装置，运用了运流电流原理和电磁感应原理完成的发明，称“运流电流式电磁感应测速装置”，以下简称“运流电流式测速装置”。首先说明本发明的原理。

用绝缘性软磁材料做成一直筒体11，(因为直筒体11的轴线与母线16是互相平行的，而附图中画轴线比较困难，所以附图中只画母线16表示直筒体11的轴线方向，垂直于母线16的截面是一个环，包括圆形环、椭圆形环、多边形环)，直筒体11的内壁贴一层金属箔筒10且外壁贴一层金属箔筒12，形成一个电容的两个极板，将金属箔筒12和10分别接至电源正负极，使金属箔筒12和10上分别带上正负电荷，再用导线穿绕于直筒体11形成一个感应线圈15，当直筒体11的母线16平行于运动方向V时，由正负电荷形成的运流电流i会在直筒体11的环形方向产生磁场，当电源的极性改变或直筒体11的母线方向转动180°时，直筒体11上的环行磁场会反向，电源的极性不断改变或直筒体11的母线方向不断转动(由直筒体11的母线16旋转而形成的平面平行于运载体的运行方向V)，就形成了交变磁场，所以感应线圈15中会产生感生电动势。“运流电流式测速装置”包括“旋转直筒体式电磁感应测速装置”和“改变极板电压极性式电磁感应测速装置”两类。

实施例1：旋转直筒体式电磁感应测速装置

图1中，用绝缘性软磁材料做成一直筒体11，为了描述方便，以直圆筒形体进行描述(实际上椭圆形、多棱形筒都可以)。直筒体11的内表面贴一层金属箔筒10且外表面贴一层金属箔筒12，将金属箔筒12和10通过连接点13和9分别接至电源正负极接头2和3，使金属箔筒12和10上分别带上正负电荷，再用导线穿绕于直筒体11形成一个感应线圈15，将直筒体11的母线16的方向设定首端为“▲”且尾端为“★”，当母线16的方向平行于运动方向V时，运流电流i正好沿直筒体11的母线，那么金属箔筒12和10上的运流电流i等效于形成了一个环行螺线管的电流(差别只是直筒体11的★端和▲端两个端面没有电流，而环行螺线管的两个端面有电流)，环行螺线管的电流产生的磁场方向是沿着螺线管内的环行方向，同样，运流电流i产生的磁场方向是沿着直圆筒体11的圆周方向，假定▲端正指向直线运动方向V，正对★端的方向看，磁场方向为沿直圆筒体11的逆时钟方向；如果托板1旋转了180°，使★端正指向直线运动方向V，仍然正对★端的方向看，磁场方向就反过来了，成为顺时钟方向。所以，如果托板1按(n转/每分钟)的速度旋转，直圆筒体11的圆周磁场方向交变频率为(n/60)Hz，该装置中，由直筒体11的母线16旋转而形成的平面平行于运载体的运行方向V，该平面与托板1平行，转轴22与托板1垂直。

图2是在图1的基础上，在直圆筒体11上穿绕一组感应线圈15，因为直圆筒体11上有交变磁场，所以感应线圈15上会产生感应电势，从感应电势信号输出线6送到信号放大器5放大成大信号，然后送至信号集电环21，再经过信号电刷20送至电压表17。

提供给金属箔筒12和10的电压有两种方式，一种是将直流电源2固定于托板1，由电源正负极接头3和4引出至金属箔筒12和10；另一种是直流电源27通过电源正负电刷25和26至电源正负集电环23和24，继而送至电源正负极接头3和4引出至金属箔筒12和10。

实施例2：改变极板电压极性式电磁感应测速装置

图3中，托板1和直筒体11并不旋转，母线16的首端▲总是指向运动方向V，而加在内外壁金属箔筒10和12的电源28是交流电源，所以内外壁金属箔筒10和12上电荷是正负交变的，运流电流是正负交变的，从而直筒体11圆周上的磁场方向是交变的；所以感应线圈15上会产生感应电势，从感应电势信号输出线6送到信号放大器5放大成大信号。

本发明包括以下特征：直筒体11为用绝缘性软磁材料做成的直圆筒形体；直筒体11的内壁贴一层金属箔筒10且外壁贴一层金属箔筒12，再穿绕一个感应线圈15；对于旋转直筒体式电磁感应测速装置而言，由直筒体11的母线16旋转而形成的平面平行于运载体的运行方向V，信号放大器5、直筒体11和提供给内外壁金属箔筒的直流电源2，都固定于托板1上，提供给内外壁金属箔筒的直流电源27是第二种供电方法，直流电源27固定于运载体上，通过电源集电环(23、24)向内外壁金属箔筒供电，信号放大器5的输出信号通过信号集电环(21)传递到测试仪表。

原理补充说明，这部分是提供给本发明的理论支持。

图4中，金属薄壁筒31(简称金属筒31)上带有电荷32并以角速度ω旋转，根据现有物理定律，地面观察者甲将看到电荷32会产生运流电流，从而会看到内孔35中产生磁场，如果在内孔35中放一块硬磁体条36，会在磁场的作用下平移。

再假设有一个观察者乙与金属筒31一起转动，他相对于电荷静止，不会看到运流电流，从而不会看到内孔35中产生磁场。

现在提出的问题是：观察者乙会看到硬磁体条36的运动吗？

进一步，应该从三种情况分析：

第一种情况是(内层绝缘筒34不随外层绝缘筒33转动)硬磁体条36与地面观察者甲相对静止，与金属筒31之间有相对运动，观察者甲会看到硬磁体条36的受到磁力作用而平移，观察者乙会看到硬磁体条36的平移吗？答案应该是肯定的。那么，观察者乙会认为是什么力使得硬磁体条36的平移呢？

第二种情况是(内层绝缘筒34随外层绝缘筒33转动)硬磁体条36与金属筒31一起转动，与金属筒31之间没有相对运动，根据相对性原理，观察者乙所在的硬磁体条36参照系是不会看到磁场的，硬磁体条36是不会平移的；但是同样是根据相对性原理，观察者甲总是会看到磁场的，该磁场总是会作用于硬磁体条36而使之平移的。难道因为硬磁体条36随金属筒31一起转动，观察者甲就看到磁场消失了吗？如果是这样的话，运流电流与传导电流就不是等价的了。实际上，这两个对立的推论哪个正确，必须要通过实验进行裁定。

其实，地球磁场已经给了我们答案。地球外部有一个带正电的电离层，也就是说，地球是一个正电球，地球在太阳系中转动，作为外星球的观察者丙来说，他肯定是认为地球有运流电流磁场的，宇宙射线在地球磁场的作用下会发生偏转；而如果相对性原理正确，作为地球人来说是不会看到运流电流磁场的，所以，即便我们看到了地球磁场的存在，也不敢相信是由于是地球作为一个正电球旋转而形成的。

第三种情况是：金属筒31不动而内层绝缘筒34转动(硬磁体条36随内层绝缘筒34一起转动)，那么在硬磁体条36参照系看来，金属筒31上的电荷形成了运流电流，会对硬磁体条36参照系形成磁场，产生对硬磁体条36的磁力，使硬磁体条36移动。根据相对性原理，带正电的电离层就是一个好的实验源，在一台电动机转轴A参照系看来，电离层的电荷相对于转轴A旋转而形成了运流电流，会对转轴A形成磁场。这是一个很容易做的实验，可以检验相对性原理的普遍性。

目前关于地球磁场的解释，物理学界普遍认为：地壳下面有带电的融岩，它们的旋转速度比地球自转速度快，所以产生了地球磁场。这个解释有两个缺陷：第一，根据静电场的理论，一个导体球的内部如果有电荷，总是会跑到最外层去。如果地壳下面的融岩有带电荷，地球虽然不是个导体球，但是经过数十亿年的释放，不断的融岩喷发，其电荷会跑到地球的外层去的。第二，如果融岩的旋转速度比地球自转速度快，难道经过数十亿年的摩擦，还达不到同步吗？

附图说明

图1——旋转直筒体式电磁感应测速装置交变磁场的原理图：1-托板；2-直流电源；2-电源正极接头；4-电源负极接头；7-电源负极导线；8-电源正极导线；9-导线与金属箔筒10的连接点；10-内壁金属箔筒；11-绝缘性软磁材料做成的直筒体(简称直筒体)；12-外壁金属箔筒；13-导线与金属箔筒12的连接点；14-运流电流(i)；16-直筒体母线；17-电压表；18-电压表输入断；19-信号线；20-信号电刷；21-信号集电环；22-转轴；23-电源负极集电环；24-电源正极集电环；25-电源负极电刷；26-电源正极电刷；27-直流电源；★-母线16的尾端；▲-母线16的首端；V-运载体的运行方向；n-旋转直筒体式电磁感应测速装置的旋转速度。

图2——旋转直筒体式电磁感应测速装置原理图：1-托板；2-直流电源；2-电源正极接头；4-电源负极接头；5-信号放大器；6-感应线圈15的一对输出端；7-电源负极导线；8-电源正极导线；9-导线与金属箔筒10的连接点；10-内壁金属箔筒；11-绝缘性软磁材料做成的直筒体(简称直筒体)；12-外壁金属箔筒；13-导线与金属箔筒12的连接点；14-运流电流(i)；15-感应线圈；16-直筒体母线；17-电压表；18-电压表输入断；19-信号线；20-信号电刷；21-信号集电环；22-转轴；23-负极集电环；24-正极集电环；25-负极电刷；26-正极电刷；27-直流电源；★-母线16的尾端；▲-母线16的首端；V-运载体的运行方向；n-旋转直筒体式电磁感应测速装置的旋转速度。

图3——改变极板电压极性式电磁感应测速装置的原理图：1-托板；5-信号放大器；6-感应线圈15的一对输出端；9-导线与金属箔筒10的连接点；10-内壁金属箔筒；11-绝缘性软磁材料做成的直筒体(简称直筒体)；12-外壁金属箔筒；13-导线与金属箔筒12的连接点；14-运流电流(i)；15-感应线圈；16-直筒体母线；28-交流电源；29-交流电源的一对接头；30-交流电源的一对导线；★-母线16的尾端；▲-母线16的首端。

图4——运流电流与观察者无关的原理图：31-金属薄壁筒；32-电荷；33-外层绝缘筒；34-内层绝缘筒；35-绝缘筒内孔；36-硬磁体条；ω-金属薄壁筒31旋转的角速度。

作为本发明的原理，我们提出统治场参照系的假设认为：在地球引力场占统治地位的区域，地球参照系为统治场参照系，同理，其它在一定空间占统治地位的场，如原子核在原子范围内和太阳在太阳系内，也形成统治场参照系。在研究电磁学范畴时，统治场参照系是优势参照系，在统治场参照系中所有电磁学定律和关于粒子波的所有定律符合各向同性的规律，研究电磁学范畴时相对性原理要修改。而研究动力学范畴的天体物理现象时，应该以银河系甚至大宇宙为优势参照系。从银河系看，地球的电离层旋转产生了地磁场。用统治场参照系可以解释双星现象，到达地球的两束双星光线都是经过相同的统治场区域，速度相同；关于光行差现象，假设地球统治场象带动大气层一样带动地球以太层运动，而太阳统治场范围内的以太对于地球形成以太风，于是用速度叠加可以解释光行差现象；关于宇宙，大爆炸论说的宇宙只是我们所在的小宇宙，是无边无际的大宇宙中的一部分，如果大爆炸论正确，只要我们不是处于膨胀中央，我们看到的星体退行现象将会是有一个方向最快，而相反方向的最慢，否则应该认为红移不是由于星体退行引起而是由于能量损耗引起。

Claims

1、一种运流电流式电磁感应测速装置，其特征是：用绝缘性软磁材料做成一直筒体11，(因为直筒体11的轴线与母线16是互相平行的，而附图中画轴线比较困难，所以附图中只画母线16表示直筒体11的轴线方向，垂直于母线16的截面是一个环，包括圆形环、椭圆形环、多边形环)，直筒体11的内壁贴一层金属箔筒10且外壁贴一层金属箔筒12，形成一个电容的两个极板，将金属箔筒12和10分别接至电源正负极，使金属箔筒12和10上分别带上正负电荷，再用导线穿绕于直筒体11形成一个感应线圈15，当直筒体11的母线16平行于运动方向V时，由正负电荷形成的运流电流i会在直筒体11的环形方向产生磁场，当电源的极性改变或直筒体11的母线方向转动180°时，直筒体11上的环行磁场会反向，电源的极性不断改变或直筒体11的母线方向不断转动，就形成了交变磁场，所以感应线圈15中会产生感生电动势。“运流电流式测速装置”包括“旋转直筒体式电磁感应测速装置”和“改变极板电压极性式电磁感应测速装置”两类。

2、根据权利要求1所述的运流电流式电磁感应测速装置，其进一步的特征是：图1中，用绝缘性软磁材料做成一直圆筒体11，直筒体11的内表面贴一层金属箔筒10且外表面贴一层金属箔筒12，将金属箔筒12和10通过连接点13和9分别接至电源正负极接头2和3，使金属箔筒12和10上分别带上正负电荷，再用导线穿绕于直筒体11形成一个感应线圈15，当母线16的方向平行于运动方向V时，运流电流i正好沿直筒体11的母线，那么金属箔筒12和10上的运流电流i等效于形成了一个环行螺线管的电流，运流电流i产生的磁场方向是沿着直圆筒体11的圆周方向，该装置中，由直筒体11的母线16旋转而形成的平面平行于运载体的运行方向V，该平面与托板1平行，转轴22与托板1垂直。图2是在图1的基础上，在直圆筒体11上穿绕一组感应线圈15，因为直圆筒体11上有交变磁场，所以感应线圈15上会产生感应电势，从感应电势信号输出线6送到信号放大器5放大成大信号，然后送至信号集电环21，再经过信号电刷20送至电压表17。提供给金属箔筒12和10的电压有两种方式，一种是将直流电源2固定于托板1，由电源正负极接头3和4引出至金属箔筒12和10；另一种是直流电源27通过电源正负电刷25和26至电源正负集电环23和24，继而送至电源正负极接头3和4引出至金属箔筒12和10。

3、根据权利要求1所述的运流电流式电磁感应测速装置，其进一步的特征是：直筒体11为用绝缘性软磁材料做成的直圆筒形体。

4、根据权利要求1所述的运流电流式电磁感应测速装置，其进一步的特征是：直筒体11的内壁贴一层金属箔筒10且外壁贴一层金属箔筒12。

5、根据权利要求1所述的运流电流式电磁感应测速装置，其进一步的特征是：直筒体11在内壁贴一层金属箔筒10且外壁贴一层金属箔筒12后，再穿绕一个感应线圈15。

6、根据权利要求1所述的运流电流式电磁感应测速装置，其进一步的特征是：对于旋转直筒体式电磁感应测速装置而言，由直筒体11的母线16旋转而形成的平面平行于运载体的运行方向V。

7、根据权利要求1所述的运流电流式电磁感应测速装置，其进一步的特征是：对于旋转直筒体式电磁感应测速装置而言，信号放大器5、直筒体11和提供给内外壁金属箔筒的直流电源2，都固定于托板1上。

8、根据权利要求1所述的运流电流式电磁感应测速装置，其进一步的特征是：对于旋转直筒体式电磁感应测速装置而言，提供给内外壁金属箔筒的直流电源27是第二种供电方法，直流电源27固定于运载体上，通过电源集电环(23、24)向内外壁金属箔筒供电。

9、根据权利要求1所述的运流电流式电磁感应测速装置，其进一步的特征是：对于旋转直筒体式电磁感应测速装置而言，信号放大器5的输出信号通过信号集电环(21)传递到测试仪表。

10、根据权利要求1所述的运流电流式电磁感应测速装置，其进一步的特征是：对于改变极板电压极性式电磁感应测速装置而言，托板1和直筒体11并不旋转，母线16的首端▲总是指向运动方向V，而加在内外壁金属箔筒10和12的电源28是交流电源，所以内外壁金属箔筒10和12上电荷是正负交变的，运流电流是正负交变的，从而直筒体11圆周上的磁场方向是交变的；所以感应线圈15上会产生感应电势，从感应电势信号输出线6送到信号放大器5放大成大信号。