CN101975933A - 基于韦根效应的稳恒微弱磁场测量仪 - Google Patents
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本发明公开了一种基于韦根效应的稳恒微弱磁场测量仪，该测量仪包括直流电源、韦根传感器、数据采集卡和计算机，所述数据采集卡输出端与装有LabVIEW编写的软件的计算机输入口相连接，还设有由支架支承的稳恒微弱磁场测量棒，所述稳恒微弱磁场测量棒由探头、高速马达、转轴组成并由外壳包裹，高速马达通过转轴驱动探头高速旋转，所述探头位于所述被测的稳恒微弱磁场中，该探头信号输出端与所述数据采集卡输入端连接。本测量仪能准确测量较小范围内的稳恒微弱磁场，并在计算机上显示出被测磁场的大小和方向。
Description
技术领域
本发明涉及稳恒微弱磁场测量技术领域，特别涉及一种基于韦根效应的稳恒微弱磁场测量仪。
背景技术
近年来，随着磁场测量技术的不断发展，测量的范围达到10-15～103T，已广泛应用于地球物理、空间技术、军事工程、工业、生物学、医学、考古等各个领域中。目前比较成熟的磁场测量方法主要有电磁感应法、霍尔效应法、磁饱和法、核磁共振法、超导效应法和磁光效应法等。
不同测量方法适合于不同的测量范围，并有着不同的测量要求。对于稳恒磁场的测量，常用的探测线圈法是配以指针式交流电压表来进行测量。但由于探测线圈体积较大，指针式交流电压表只能登记某一磁场区域的磁感应强度，所以测量误差较大。基于霍尔效应的测量方法所使用的霍尔器件虽然灵敏度高、体积小，但温度稳定性较差，精度一般只有0.5％～5％，而且容易损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于韦根效应的稳恒微弱磁场测量仪，该测量仪体积小、生产成本低，能准确测量较小范围内的稳恒微弱磁场，能在严酷的环境下工作，借助于LabVIEW软件编程进行信号处理，在计算机上 显示出被测磁场的大小和方向。
本发明所提出的技术解决方案是这样的：
一种基于韦根效应的稳恒微弱磁场测量仪，包括直流电源、韦根传感器、数据采集卡和计算机，所述数据采集卡输出端与装有LabVIEW编写的软件的计算机输入口相连接，还设有由支架支承的稳恒微弱磁场测量棒，所述稳恒微弱磁场测量棒由探头、高速马达、转轴组成并由外壳包裹，高速马达通过转轴驱动探头高速旋转，所述探头位于所述被测的稳恒微弱磁场中，该探头信号输出端与所述数据采集卡输入端连接。
所述探头由韦根传感器、换向器、电刷组成，所述换向器由弧度为210°-270°范围的第1瓣换向器和弧度为90°-150°的第2瓣向器组成，该换向器固定在所述转轴上，一对电刷固定在与换向器相对应的外壳内，该对电刷通过引线与所述数据采集卡输入端连接。
所述韦根传感器由线圈、韦根丝、引线组成并置于圆筒形壳体内，所述韦根丝位于所述线圈中轴线上，其两端部伸出该线圈外，并通过两根引线分别与第1瓣换向器和第2瓣换向器相连接，所述转轴9一端固定在壳体中部并与壳体中心线相互垂直。
所述数据采集卡采集的数据运用LabVIEW编写的软件进行处理，该软件由数据采集、数据处理、测量控制、自动化检测和记录保存删除五个主模块顺序连接组成，其中数据采集模块用于高速连续不断地大容量采集数据，将韦根丝感生出来的电信号实时显示其波形，所述数据处理模块是用于调用统计子模块对数据进行算术平均，减少数值的跳动带来的读数误差，所述测量控制模块设置了调零功能，在每次测量被测磁场前，先进行调零操作，所述 自动化检测模块用于设定标准产品的磁感应强度范围，将测量到的产品的磁感应强度与标准磁感应强度比较，统计出产品的合格率，所述记录保存删除模块用于实时记录被测磁场的测量值。
与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：
本技术方案是将包括韦根传感器在内的探头置于被测的稳恒微弱磁场中，采用高速马达驱动韦根传感器转动，当敏感的韦根丝某极性(例如N极)磁场达到敏发磁感应强度时，韦根丝中的磁畴受到激励会发生运动，磁化方向瞬间转向同一方向，同时韦根丝周围磁场也发生变化，感应线圈产生一个脉冲信号，当韦根传感器旋转到相反极性(S极)磁场增强触发磁感应强度时，敏感丝磁化方向又瞬间发生翻转，感应线圈又产生一个相反的脉冲信号，韦根传感器反复旋转，使韦根传感器输出一个一定频率的交流信号，该信号脉冲幅度较大且稳定，由数字采集卡将该交流信号传送到计算机，运用虚拟仪器技术LabVIEW软件编程进行处理，通过脉冲信号的方向，可以判断出被测磁场方向，最后在显示器上显示并输出被测磁场的大小和方向。
(1)由于韦根传感器可以在-30℃-135℃范围内正常工作，所以本测量仪可在严酷的环境下正常工作。
(2)能同时测量被测稳恒微弱磁场的大小和方向。
(3)由于测量棒尺寸较小，可以做到13×5×11mm3，所以能准确地测量较小范围内的稳恒微弱磁场，而且测量操作简易，测量仪体积小、容易携带。
附图说明
图1是本发明一个实施例的一种基于韦根效应的稳恒微弱磁场测量仪的系统结构示意图。
图2是图1所示探头内的韦根传感器结构示意图。
图3是图1所示探头结构示意图。
图4是图1所示计算机运用LabVIEW编写的软件模块处理数据流程图。
图中：1、直流电源；2、被测稳恒微弱磁场；3、探头，3-1、韦根传感器，3-2、换向器，3-3、电刷，3-1-1、壳体，3-1-2、线圈，3-1-3、韦根丝，3-1-4、引线，3-2-1、第1瓣向器，3-2-2、第2瓣换向器；4、高速马达；5、数字采集卡；6、计算机；7、支架；8、测量棒；9、转轴。
具体实施方式
通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。
参见图1-4所示，本发明的一种基于韦根效应的稳恒微弱磁场测量仪由直流电源1、稳恒微弱磁场测量棒8、数字采集卡5、计算机6组成，支架7支承的稳恒微弱磁场测量棒8由探头3、高速马达4、转轴9组成并由外壳包裹着，探头3由韦根传感器3-1、换向器3-2、电刷3-3组成。换向器3-2由第1瓣换向器3-2-1和第2瓣换向器3-2-2组成，第1瓣换向器3-2-1的弧度范围为210°-170°，本例选取240°，第2瓣换向器3-2-2的弧度范围为90°-150°，本例选取120°。换向器3-2固定在转轴9上，一对对向的电刷3-3固定在与换向器3-2相对应的外壳内。韦根传感器3-1由线圈3-1-2、韦根丝3-1-3、引线3-1-4组成并置于圆筒形外壳体3-1-1内，韦根丝3-1-3位于线圈3-1-2中轴线上，其两端部伸出该线圈3-1-2外，并通过两根引线 3-1-4分别接于第1瓣换向器3-2-1和第2瓣向器3-2-2上，转轴1一端固定在壳体3-1-1中部并与壳体3-1-1中心线相互垂直。稳恒微弱磁场测量棒8的前部装有探头3，后部装有高速马达4，高速马达4由直流电源1供电转动，通过转轴9驱动探头3内的韦根传感器3-1和换向器3-2旋转。工作时，探头3被置于被测的稳恒微弱磁场2中，韦根传感器3-1输出的信号至数据采集卡5，经由LabVIEW编写的软件进行处理，在计算机6的显示器上显示并输出被测稳恒微弱磁场2的大小和方向。
工作时，韦根传感器3-1在被测稳恒微弱磁场2中不断转动，韦根丝3-1-3的磁通量不断发生变化，使韦根丝3-1-3产生脉冲电压信号，该电压信号引出到非对称的换向器3-2中，通过电刷3-3将信号引入PCI2013的数字采集卡5，在电脑中打开LabVIEW的工作界面，鼠标点击开始工作前调零，当LabVIEW开始工作后，数字采集卡5对数据收集处理，最后在电脑屏幕显示被测磁场的大小和方向。当应用在工厂生产线时，把探头3放在带稳恒微弱的磁性的产品的流水线附近，韦根传感器3-1就会产生脉冲信号，通过换向器3-2和电刷3-3，把脉冲信号输入到数字采集卡5上，通过数字采集卡5采集，再通过软件的处理，就可以判断出该产品的磁场的大小和磁场的方向，还可以在软件的板面上输入合格产品的磁场的大小范围，可以报表，显示出哪些产品是不合格的，以及产品合格率是多少。
图3所示被测稳恒微弱磁场方向从右到左，换向器3-2分为两瓣，第1瓣换向器3-2-1是240°，第2瓣换向器3-2-2是120°，当换向器2旋转到一定位置，使得上、下电刷3-3同时与第1瓣换向器3-2-1接触时，电刷3-3将接收不到任何脉冲信号，持续一段时间后直到上电刷3-3与下电刷3-3分 别接触第1瓣换向器3-2-1和第2瓣换向器3-2-2时，电压分量的波形才重新出现。正是由于这段电压幅值为零的线段出现，使得电压信号的波形为非对称，为被测稳恒微弱磁场2方向的确定提供了依据。
本实施例运用LabVIEW编写的软件完成对数据采集卡5采集到的数据进行处理，该软件由下列模块按序连接组成：数据采集模块，使计算机能高速连续不断地大容量采集数据，将韦根传感器3-1感生出来的电信号实时地显示出波形；数据处理模块，用于调用统计子模块对数据进行算术平均，减少数值的跳动带来的读数误差，该软件对信号进行积分，当信号在一个周期上的积分为正数时，探头3正半面所对的磁极相当于S极，此时面板显示为“S”，当信号在一个周期上的积分为负数时，探头3反半面所对的磁极相当于N极，此时面板显示为“N”；测量控制模块，设置了调零功能，在每次测量目标磁场前，先进行调零操作；自动化检测模块，设定标准产品的磁感应强度范围，将测量到的产品的磁感应强度与标准的磁感应强度对比，在标准范围内的则自动记录为合格产品，超出标准范围的则自动记录为不合格产品，并统计出产品的合格率；记录、保存及删除模块，用于实时记录被测磁场的测量值。
Claims (4)
1.一种基于韦根效应的稳恒微弱磁场测量仪，包括直流电源、韦根传感器、数据采集卡和计算机，所述数据采集卡输出端与装有LabVIEW编写的软件的计算机输入口相连接，其特征在于：还设有由支架支承的稳恒微弱磁场测量棒，所述稳恒微弱磁场测量棒由探头、高速马达、转轴组成并由外壳包裹，高速马达通过转轴驱动探头高速旋转，所述探头位于所述被测的稳恒微弱磁场中，该探头信号输出端与所述数据采集卡输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于韦根效应的稳恒微弱磁场测量仪，其特征在于：所述探头由韦根传感器、换向器、电刷组成，所述换向器由弧度为210°-270°范围的第1瓣换向器和弧度为90°-150°的第2瓣向器组成，该换向器固定在所述转轴上，一对电刷固定在与换向器相对应的外壳内，该对电刷通过引线与所述数据采集卡输入端连接。
3.根据权利要求2所述的基于韦根效应的稳恒微弱磁场测量仪，，其特征在于：所述韦根传感器由线圈、韦根丝、引线组成并置于圆筒形壳体内，所述韦根丝位于所述线圈中轴线上，其两端部伸出该线圈外，并通过两根引线分别与第1瓣换向器和第2瓣换向器相连接，所述转轴9一端固定在壳体中部并与壳体中心线相互垂直。
4.根据权利要求1所述的基于韦根效应的稳恒微弱磁场测量仪，其特征在于：所述数据采集卡采集的数据运用LabVIEW编写的软件进行处理，该软件由数据采集、数据处理、测量控制、自动化检测和记录保存删除五个主模块顺序连接组成，其中数据采集模块用于高速连续不断地大容量采集数据，将韦根丝感生出来的电信号实时显示其波形，所述数据处理模块是用于调用统计子模块对数据进行算术平均，所述测量控制模块设置了调零功能，所述自动化检测模块用于设定标准产品的磁感应强度范围，并统计出产品的合格率，所述记录保存删除模块用于实时记录被测磁场的测量值。
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