CN103048683A - 磁悬浮检波器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种磁悬浮检波器，包括：壳体；固定永磁体、第一抗磁体、线圈和第二抗磁体，从上到下依次设置在所述壳体内部；以及悬浮永磁体，位于所述线圈中；所述固定永磁体和悬浮永磁体朝向对方的磁极磁性相异。本发明通过固定永磁体对悬浮永磁体的吸引力来抵消悬浮永磁体受到的重力，通过位于悬浮永磁体上下方的抗磁体来保证悬浮永磁体处于稳定的悬浮状态。当悬浮永磁体向任何方向偏移时，由于其受到的合力在水平方向或竖直方向的分力与偏移方向相反，从而能够吸引悬浮永磁体快速准确的归位到平衡位置，从而提高了监测的灵敏度和精度。
Description
技术领域
本发明涉及检波器技术领域，特别涉及一种用于监测地震、深海或桥梁的磁悬浮检波器。
背景技术
在机械震动监测等技术领域，监测灵敏度和监测精度等关键指标主要取决于检波器的物理结构。以应用最为广泛的动圈式检波器为例，如图1所示，该动圈式检波器包括外壳10、通过上弹片12和下弹片13悬浮于外壳10中的线圈14、位于线圈14中的磁钢11。该动圈式检波器的原理是采用上弹片12和下弹片13的弹力来抵消线圈14自身所受到的重力，从而使得线圈14处于平衡状态。当检波器随被测物体运动时，线圈14会因惯性与磁钢11发生相对位移，从而在线圈14内产生感应电动势。
由于弹片（弹簧）的质量、倔强系数等固有条件的束缚，弹片自身会有一定的损耗，从而影响到监测的灵敏度和精度，并很难克服和提高，无法满足高监测灵敏度、高精度等领域的需求。
如图2所示，对于磁悬浮式检波器，其磁悬浮体15需要借助诸如轴套16等辅助部件通过接触的方式来卡住磁悬浮体轴17，来保证磁悬浮体轴17仅能沿上下方向运动，而有接触就必定有摩擦和损耗，摩擦阻力会影响到监测的灵敏度和精度，因此图2所示的磁悬浮式检波器仍然不能满足高监测灵敏度、高精度等领域的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种磁悬浮检波器，以使悬浮永磁体在受到外力作用后能够快速准确的回归到平衡位置，从而提高监测灵敏度和高精度。
为达到上述目的，本发明实施例提供了一种磁悬浮检波器，包括：
壳体；
固定永磁体、第一抗磁体、线圈和第二抗磁体，从上到下依次设置在所述壳体内部；以及
悬浮永磁体，位于所述线圈中；
所述固定永磁体和悬浮永磁体朝向对方的磁极磁性相异。
由上，通过固定永磁体对悬浮永磁体的吸引力来抵消悬浮永磁体受到的重力，通过位于悬浮永磁体上下方的抗磁体来保证悬浮永磁体处于稳定的悬浮状态。当悬浮永磁体向任何方向偏移时，由于其受到的合力在水平方向或竖直方向的分力与偏移方向相反，从而能够吸引悬浮永磁体快速准确的归位到平衡位置，从而提高了监测的灵敏度和精度。
优选地，所述固定永磁体、第一抗磁体、线圈以及第二抗磁体位于同一轴线方向上。
由上，有利于悬浮永磁体受力的平衡。
优选地，所述固定永磁体、第一抗磁体、第二抗磁体以及悬浮永磁体的形状为旋转体。
由上，使悬浮永磁体所受到的合力的方向沿轴心方向，从而悬浮永磁体易于保持平衡状态，保证监测的灵敏度和精度。
优选地，所述固定永磁体、第一抗磁体、第二抗磁体以及悬浮永磁体的形状为圆柱体。
优选地，所述第一抗磁体以及第二抗磁体形状相同，且所述第一抗磁体和第二抗磁体的直径大于所述固定永磁体的直径。
由上，保证悬浮永磁体在水平方向的一定范围内偏移之后能够回归平衡位置。
优选地，所述第一抗磁体和第二抗磁体的材质为铋、金或热解碳。
由上，由于金属铋的抗磁性能较好且成本较低，因此优选采用金属铋，能保证监测性能并能够降低整个磁悬浮检波器的成本。
优选地，所述固定永磁体和悬浮永磁体的材质为天然磁石或人造磁钢。
优选地，所述悬浮永磁体与第一抗磁体、第二抗磁体之间以及所述悬浮永磁体与所述线圈之间具有一定空间。
优选地，所述线圈具有引线或接线端子。
由上，本实施例的磁悬浮检波器还可以通过引线或接线端子与外围设备实现电气连接。
附图说明
图1为现有技术中动圈式检波器的结构示意图；
图2为现有技术中磁悬浮式检波器的结构示意图；
图3为本发明的磁悬浮检波器的剖面图；
图4为本发明的磁悬浮检波器的立体图；
图5为本发明的悬浮永磁体在平衡状态下的受力分析图；
图6为本发明的悬浮永磁体沿水平方向偏离平衡位置时的受力分析图；
图7为本发明的悬浮永磁体沿竖直方向偏离平衡位置时的受力分析图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明实施例进行详细描述。
如图3、图4所示，本发明实施例提供的磁悬浮检波器包括：悬浮永磁体21、固定永磁体22、两个抗磁体（包括第一抗磁体23和第二抗磁体24）、线圈25以及壳体26（图4中未示出）。
其中，固定永磁体22、第一抗磁体23、线圈25和第二抗磁体24自上而下依次设置在壳体26内部，优选地，上述部件位于同一垂直轴线方向上。悬浮永磁体21悬浮于线圈25中。固定永磁体22和悬浮永磁体21的两个磁极都分别位于其上表面和下表面上，且二者朝向对方的两个磁极磁性相异。悬浮永磁体21与两个抗磁体之间、以及与线圈25之间都具有一定空间。线圈25上具有引线或接线端子，用于与外围设备实现电气连接。
其中，固定永磁体22、第一抗磁体23、第二抗磁体24以及悬浮永磁体21的形状为旋转体，例如圆柱、圆台以及圆锥等。采用旋转体的目的在于使悬浮永磁体21所受到的合力的方向沿轴心方向，从而悬浮永磁体21易于保持平衡状态，保证监测的灵敏度和精度。如果上述部件的形状为异型，例如圆台形的固定永磁体22上伸出一个角，则会对悬浮永磁体21产生水平方向上的分力，不利于悬浮永磁体21保持平衡，影响监测灵敏度和精度。
优选地，本实施例中的固定永磁体22、第一抗磁体23、第二抗磁体24以及悬浮永磁体21的形状为圆柱体，且第一抗磁体23和第二抗磁体24的直径大于固定永磁体22的直径，以保证悬浮永磁体21在水平方向的一定范围内偏移之后能够回归平衡位置。如果第一抗磁体23和第二抗磁体24的直径小于固定永磁体22的直径，当悬浮永磁体21在外力的作用下沿水平方向发生偏移时，会因固定永磁体22的引力而向固定永磁体22靠拢，不会归位到平衡位置。
本实施例中的固定永磁体22和悬浮永磁体21的材质可以为天然磁石（磁铁矿），也可以为人造磁钢（如铁镍钴磁钢）等。第一抗磁体23和第二抗磁体24大小形状相同，其材质可以选用金属铋，此外还可以为热解碳、金等抗磁性能好的物质。由于金属铋的抗磁性能较好且成本较低，因此优选采用金属铋。
下面简述本发明实施例的磁悬浮检波器的原理。
当悬浮永磁体21没有受到外力作用，处于平衡状态时，其受力分析如图5所示。悬浮永磁体21受到竖直向下的自身的重力G，竖直向上的来自固定永磁体22的吸引力F1，竖直向下的来自第一抗磁体23的排斥力F2以及竖直向上的来自第二抗磁体24的排斥力F3，悬浮永磁体21受到的竖直向上的力和竖直向下的力大小相等、方向相反，G+F2=F1+F3，因此悬浮永磁体21能够保持静止平衡状态。
当悬浮永磁体21因外力等原因沿水平方向在一定范围内偏离平衡位置时，其受力分析如图6所示。假如悬浮永磁体21偏移到了中轴线的右侧，来自固定永磁体22的吸引力F1也随之偏离竖直方向，向悬浮永磁体21的左上方倾斜。这时候F1可以分解为水平向左的分力F11和竖直向上的分力F12，水平向左的分力F11与悬浮永磁体21的偏离方向相反，吸引悬浮永磁体21向靠近中轴线的方向移动。随着悬浮永磁体21离中轴线的距离缩短，F1偏离中轴线的角度变小，F11也逐渐减小，当悬浮永磁体21运动至中轴线位置时，F1的方向变为竖直向上，F11为零，在水平方向上悬浮永磁体21不再受到任何作用力，而竖直向上和竖直向下方向的力大小相等、方向相反，从而悬浮永磁体21能够恢复到平衡状态。
同理，若悬浮永磁体21偏移到了中轴线的左侧时，由于其受到的合力方向向右，因此能够归位到平衡位置。
当悬浮永磁体21因外力等原因沿竖直方向在一定范围内偏离平衡位置时，其受力分析如图7所示。假如悬浮永磁体21偏离到了平衡位置的下方，由于悬浮永磁体21与第二抗磁体24之间的距离减小，竖直向上的来自第二抗磁体24的排斥力F3将增大，再由于悬浮永磁体21与第一抗磁体23之间的距离增大，竖直向下的来自第一抗磁体23的排斥力F2将减小；从而F2与F3的合力方向为竖直向上，与悬浮永磁体21的偏移方向相反，因此该合力促使悬浮永磁体21回归到平衡位置。
同理，当悬浮永磁体21向上偏离到了平衡位置的上方时，由于其受到的合力的方向向下，因此能够回归到平衡位置。
由此可见，悬浮永磁体21因外力等原因向任何方向在一定范围内偏离平衡位置时，其受到的合力都能够分解为沿水平方向和竖直方向的分力，而每一个分力必定与悬浮永磁体21的偏移方向相反，从而能够吸引悬浮永磁体21回复到平衡位置。
综上，当磁悬浮检波器随被测物体运动时，悬浮永磁体21会因惯性和固定于壳体26中的线圈25之间发生相对运动，在线圈26内产生感应电动势，从而把监测到的震动机械能转换为电能输出，实现对机械振动的监测，又由于悬浮永磁体21能够准确快速的回归平衡位置，因此该监测实现了较高的灵敏度和精度。
本发明实施例提供的磁悬浮检波器可以用于地震监测、桥梁监测、以及深海监测等对监测精度和灵敏度要求高的领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，基于本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种磁悬浮检波器，其特征在于，包括：
壳体（26）；
固定永磁体（22）、第一抗磁体（23）、线圈（25）和第二抗磁体（24），从上到下依次设置在所述壳体（26）内部；以及
悬浮永磁体（21），位于所述线圈（25）中；
所述固定永磁体（22）和悬浮永磁体（21）朝向对方的磁极磁性相异。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮检波器，其特征在于，所述固定永磁体（22）、第一抗磁体（23）、线圈（25）以及第二抗磁体（24）位于同一轴线方向上。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮检波器，其特征在于，所述固定永磁体（22）、第一抗磁体（23）、第二抗磁体（24）以及悬浮永磁体（21）的形状为旋转体。
4.根据权利要求3所述的磁悬浮检波器，其特征在于，所述固定永磁体（22）、第一抗磁体（23）、第二抗磁体（24）以及悬浮永磁体（21）的形状为圆柱体。
5.根据权利要求4所述的磁悬浮检波器，其特征在于，所述第一抗磁体（23）以及第二抗磁体（24）形状相同，且所述第一抗磁体（23）和第二抗磁体（24）的直径大于所述固定永磁体（22）的直径。
6.根据权利要求1所述的磁悬浮检波器，其特征在于，所述第一抗磁体（23）和第二抗磁体（24）的材质为铋、金或热解碳。
7.根据权利要求1所述的磁悬浮检波器，其特征在于，所述固定永磁体（22）和悬浮永磁体（21）的材质为天然磁石或人造磁钢。
8.根据权利要求1所述的磁悬浮检波器，其特征在于，所述悬浮永磁体（21）与第一抗磁体（23）、第二抗磁体（24）之间以及所述悬浮永磁体（21）与所述线圈（25）之间具有一定空间。
9.根据权利要求1-8任一所述的磁悬浮检波器，其特征在于，所述线圈（25）具有引线或接线端子。
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