CN102103192B

CN102103192B - 单方向磁场自动定位测量装置

Info

Publication number: CN102103192B
Application number: CN 201010553681
Authority: CN
Inventors: 张艳丽; 谢德馨; 曾林锁; 阎秀恪; 曾建斌; 朱建栋; 任自艳; 徐福增
Original assignee: Shenyang University of Technology
Current assignee: Shenyang University of Technology
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2030-11-22
Also published as: CN102103192A

Abstract

本发明涉及一种单方向磁场自动定位测量装置，本装置包括数据采集系统、计算机控制电机运动系统、机械执行系统三部分。其中三套数控电机可分别实现探杆在三个方向的平移运动，容栅位移传感器可测量当前探杆的空间位置，并将位置信息通过串口反馈给计算机，计算机利用控制程序进行判别，进而调整三个方向平移机构的运动位置，上述过程自动重复，直到探杆调整到用户指定位置。整个磁场测量过程由预设的计算机程序控制自动化完成，加快了测量的速度，提高了测量精度。编制的软件界面操作简便，数据的可视化程度高，提高了工作效率。本发明主要应用于各种核磁共振成像设备、永磁魔环等永磁机构产生的单方向磁场的准确测量工作。

Description

单方向磁场自动定位测量装置

技术领域：

本发明主要涉及一种能实现单方向磁场自动定位测量的装置，该装置能够自动测量空间指定区域或指定位置的磁场参数，属于单方向磁场的高精度定位测量技术领域。

背景技术：

在特殊磁场设计与构建过程中，需要进行规定空间位置的高精度磁场测量。例如，在核磁共振成像仪磁体结构的设计中，要求永磁磁体能够在30cm直径的球形成像空间内产生单方向高度均匀的恒定磁场。为了达到这个设计目标，需要不断调整磁体结构，对成像空间磁场进行反复多次逐点测量，并且要保证定位准确，测量精度高。再例如，用于为基础实验提供强磁场的永磁魔环机构，该永磁魔环能够在孔径为几厘米的空间内产生单方向均匀强磁场，在其设计过程中，同样面临空间磁场逐点多次高精度测量问题。

目前，该类单方向磁场测量工作主要由人工手动操作来完成，这样，大量时间用于调整霍尔探头位置以及测量数据的记录，而且定位精度较低，磁场测量数据不可靠。近来，也有把计算机数据采集技术与人工操作机械机构结合起来的技术，可以一定程度的减少读取数据的工作量，但是，仍需要人工转动霍尔探头角度，工作量很然很大，测量精度也达不到要求。

由上可知，针对一些特殊磁场的测量工作，如单方向磁场的测量问题，急需研制一套易操作、精度高、通用性强的磁场测量系统。

发明内容：

1、发明目的：

本发明的目的是提供一种单方向磁场自动定位测量装置，该装置克服了现有技术中的缺陷，方便快捷，界面操作简单。可代替人工手动测量过程，大大减小操作工作量，提高测量精度和测量效率。主要应用于单方向磁场的高精度定位测量领域。

2、技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种单方向磁场自动定位测量装置，是由容栅位移传感器和霍尔探头构成的数据采集系统、计算机和串口构成的计算机控制电机运动系统和机械执行系统构成，其特征在于：所述机械执行系统包括探杆x方向平移调节机构、探杆y方向平移调节机构和探杆z方向平移调节机构；所述探杆上安装有测量磁场的特斯拉计的霍尔探头，该探杆通过测量臂与探杆y方向平移调节机构连接；探杆y方向平移调节机构通过运动滑台与探杆z方向平移调节机构连接；探杆z方向平移调节机构通过滑动支架与探杆x方向平移调节机构连接。

所述探杆y方向平移调节机构上设有第二滑道，该第二滑道中设有丝杠，第二数控电机设置在丝杠的一端，该丝杠与滑块通过螺纹连接，滑块上安装有测量臂，测量臂的另一端连接探杆。所述滑道上固定有y方向容栅位移传感器定尺，容栅位移传感器动尺固定在滑块上。滑块通过第二数控电机驱动丝杠运动带动探杆沿y方向做平移运动，滑块上的容栅位移传感器动尺记录探杆y方向平移运动距离，并通过容栅位移传感器动尺的串口将探杆的y方向位置信息传给计算机。

所述探杆z方向平移调节机构上设有第三滑道，该第三滑道中也设有丝杠，第三数控电机设置在丝杠的一端，该丝杠与运动滑台通过螺纹连接，运动滑台上安装探杆y方向平移调节机构；所述第三滑道侧面固定有z方向容栅位移传感器定尺，容栅位移传感器动尺固定在运动滑台上；运动滑台通过第三数控电机驱动丝杠运动带动探杆沿z方向做平移运动，运动滑台上的容栅位移传感器动尺记录探杆z方向平移运动距离，并通过容栅位移传感器动尺的串口将探杆的z方向位置信息传给计算机。

所述探杆x方向平移调节机构上设有第一滑道，该第一滑道中也设有丝杠，第一数控电机设置在丝杠的一端，该丝杠与滑动支架通过螺纹连接，滑动支架上安装探杆z方向平移调节机构；所述第一滑道侧面固定有x方向容栅位移传感器定尺，容栅位移传感器动尺固定在滑动支架上；滑动支架通过第一数控电机驱动丝杠运动带动探杆沿x方向做平移运动，滑动支架上的容栅位移传感器动尺记录探杆x方向平移运动距离，并通过容栅位移传感器动尺的串口将探杆的x方向位置信息传给计算机。

所述数控电机均为步进电机。

所述的测量装置采用不导磁的铝合金材料。

3、优点及效果：

本发明的有益效果如下：

（1）、采用三套数控电机，可分别实现探杆的三个方向的平移运动；

（2）、采用滚珠丝杠和滑道，利用滚珠丝杠的高精度和滑道的强接触刚度保证了装置整体定位的精度高；

（3）、采用闭环控制系统实现了探杆的自动定位和自动测量，加快了测量的速度，提高了测量精度；

（4）、编制的软件界面操作简便，数据的可视化程度高，提高了工作效率。

附图说明：

图1为本发明测量装置侧视图；

图2为本发明测量装置正视图；

图3为本发明测量装置位置检测及串口数据传输示意图；

图4为本发明测量装置磁场检测及串口数据传输示意图。

图5为本发明测量系统软件操作界面。

附图标记说明：

图1到图4中：1、第三数控电机；2、第一数控电机；3、滑道；4、容栅位移传感器定尺；5、容栅位移传感器动尺；6、滑动支架；7、运动滑台；8、测量臂；9、探杆；10、探杆y方向平移调节机构；11、第二数控电机；12、丝杠；13、滑块；14、霍尔探头；15特斯拉计；x、y、z均为坐标方向。

图5为软件控制界面示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图4中所示，一种单方向磁场自动定位测量装置，是由容栅位移传感器4、5和霍尔探头14构成的数据采集系统、计算机和串口构成的计算机控制电机运动系统和机械执行系统构成，其特征在于：所述机械执行系统包括如图1中所示的探杆x方向平移调节机构、图2中所示的探杆y方向平移调节机构和探杆z方向平移调节机构；所述探杆9上安装有测量磁场的特斯拉计15的霍尔探头14，该探杆9通过测量臂8与探杆y方向平移调节机构连接；探杆y方向平移调节机构通过运动滑台7与探杆z方向平移调节机构连接；探杆z方向平移调节机构通过滑动支架6与探杆x方向平移调节机构连接。

如图1和图2中所示，所述探杆y方向平移调节机构上设有第二滑道32，该第二滑道32中设有丝杠12，第二数控电机11设置在丝杠12的一端，该丝杠12与滑块13通过螺纹连接，滑块13上安装有测量臂8，测量臂8的另一端连接探杆9。所述滑道上固定有y方向容栅位移传感器定尺4，容栅位移传感器动尺5固定在滑块13上。滑块13通过第二数控电机11驱动丝杠12运动带动探杆9沿y方向做平移运动，滑块13上的容栅位移传感器动尺5记录探杆y方向平移运动距离，并通过如图3中所示的容栅位移传感器动尺的串口将探杆的y方向位置信息传给计算机。

如图1和图2中所示，所述探杆z方向平移调节机构上设有第三滑道33，该第三滑道33中也设有丝杠12，第三数控电机1设置在丝杠12的一端，该丝杠与运动滑台7通过螺纹连接，运动滑台7上安装探杆y方向平移调节机构；所述第三滑道33侧面固定有z方向容栅位移传感器定尺4，容栅位移传感器动尺5固定在运动滑台7上；运动滑台7通过第三数控电机1驱动丝杠12运动带动探杆9沿z方向做平移运动，运动滑台7上的容栅位移传感器动尺5记录探杆z方向平移运动距离，并通过如图3中所示的容栅位移传感器动尺的串口将探杆的z方向位置信息传给计算机。

如图1中所示，所述探杆x方向平移调节机构上设有第一滑道31，该第一滑道中也设有丝杠12，第一数控电机2设置在丝杠12的一端，该丝杠与滑动支架6通过螺纹连接，滑动支架6上安装探杆z方向平移调节机构；所述第一滑道31侧面固定有x方向容栅位移传感器定尺4，容栅位移传感器动尺5固定在滑动支架6上；滑动支架6通过第一数控电机2驱动丝杠12运动带动探杆9沿x方向做平移运动，滑动支架6上的容栅位移传感器动尺5记录探杆x方向平移运动距离，并通过如图3中所示的容栅位移传感器动尺的串口将探杆的x方向位置信息传给计算机。

上述第一数控电机2，第二数控电机11和第三数控电机1均为步进电机，计算机串口输出端发出脉冲信号经步进电机驱动器传给步进电机，转化为步进电机的角位移。

所述单方向磁场自动定位测量装置采用不导磁的铝合金材料，从而避免了测量装置对待测磁场的干扰。

所述特斯拉计15可以选用不同的测量量程，实现不同磁场强度的磁体结构产生的磁场的测量。

本发明在进行测量工作时，首先由用户向计算机输入测量方式，可为定点测量或连续自动测量；计算机根据闭环控制算法依次向x、y、z三个方向的步进电机驱动器发出控制信息，分别带动三个方向步进电机运动；然后三个方向的容栅位移传感器测量当前探杆的空间位置，并将位置信息通过串口反馈给计算机，结合计算机控制程序，进行判别，调整三个方向平移机构的运动位置，自动重复上述过程，直到探杆9调整到用户指定位置；如图4中所示，最后特斯拉计15读入当前位置磁场场强，并将该数值通过串口传给计算机，并通过图5中的软件界面显示待测点的位置信息和磁场场强信息。

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：

实施例1：容栅位移传感器定尺在x、y、z三个方向的测量范围依次为：0～530mm、0～400mm、0～400mm；特斯拉计的量程为0～2.0T，分辨率0.1mT；软件控制界面如图5中所示。该测量界面可实时显示当前输入的测量点的坐标以及容栅位移传感器测量的当前位置的坐标值。软件根据测量目标和当前位置值的误差即可自动调节，也可手动调节单轴向的坐标差值，从而最大限度降低定位误差。

本发明主要应用于各种核磁共振成像设备、永磁魔环等永磁机构产生的单方向磁场的准确测量工作；整个磁场测量过程由预设的计算机程序控制自动化完成，加快了测量的速度，提高了测量精度；编制的软件界面操作简便，数据的可视化程度高，提高了工作效率。

Claims

1.一种单方向磁场自动定位测量装置，是由容栅位移传感器和霍尔探头（14）构成的数据采集系统、计算机和串口构成的计算机控制电机运动系统和机械执行系统构成，其特征在于：所述容栅位移传感器包括容栅位移传感器定尺（4）和容栅位移传感器动尺（5）；所述机械执行系统包括探杆x方向平移调节机构、探杆y方向平移调节机构和探杆z方向平移调节机构；所述探杆（9）上安装有测量磁场的特斯拉计（15）的霍尔探头（14），该探杆（9）通过测量臂（8）与探杆y方向平移调节机构连接；探杆y方向平移调节机构通过运动滑台（7）与探杆z方向平移调节机构连接；探杆z方向平移调节机构通过滑动支架（6）与探杆x方向平移调节机构连接；

所述探杆y方向平移调节机构上设有第二滑道（32），该第二滑道（32）中设有丝杠（12），第二数控电机（11）设置在丝杠（12）的一端，该丝杠（12）与滑块（13）通过螺纹连接，滑块（13）上安装有测量臂（8），测量臂（8）的另一端连接探杆（9），所述滑道上固定有y方向容栅位移传感器定尺（4），容栅位移传感器动尺（5）固定在滑块（13）上，滑块（13）通过第二数控电机（11）驱动丝杠（12）运动带动探杆（9）沿y方向做平移运动，滑块（13）上的容栅位移传感器动尺（5）记录探杆y方向平移运动距离，并通过容栅位移传感器动尺的串口将探杆的y方向位置信息传给计算机；

所述探杆z方向平移调节机构上设有第三滑道（33），该第三滑道（33）中也设有丝杠（12），第三数控电机（1）设置在丝杠（12）的一端，该丝杠与运动滑台（7）通过螺纹连接，运动滑台（7）上安装探杆y方向平移调节机构；所述第三滑道（33）侧面固定有z方向容栅位移传感器定尺（4），容栅位移传感器动尺（5）固定在运动滑台（7）上；运动滑台（7）通过第三数控电机（1）驱动丝杠（12）运动带动探杆（9）沿z方向做平移运动，运动滑台（7）上的容栅位移传感器动尺（5）记录探杆z方向平移运动距离，并通过容栅位移传感器动尺的串口将探杆的z方向位置信息传给计算机；

所述探杆x方向平移调节机构上设有第一滑道（31），该第一滑道中也设有丝杠（12），第一数控电机（2）设置在丝杠（12）的一端，该丝杠与滑动支架（6）通过螺纹连接，滑动支架（6）上安装探杆z方向平移调节机构；所述第一滑道（31）侧面固定有x方向容栅位移传感器定尺（4），容栅位移传感器动尺（5）固定在滑动支架（6）上；滑动支架（6）通过第一数控电机（2）驱动丝杠（12）运动带动探杆（9）沿x方向做平移运动，滑动支架（6）上的容栅位移传感器动尺（5）记录探杆x方向平移运动距离，并通过容栅位移传感器动尺的串口将探杆的x方向位置信息传给计算机；

所述数控电机均为步进电机。