CN103076576B - 磁场强度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁场强度测量装置，该装置包括：信号源设备、霍尔传感器、螺线管、三维进给设备和水冷设备。本发明的磁场强度测量装置基于霍尔效应，可以连续线性地测量磁场强度，实现了更智能、更精确、更实用的磁场强度测量。
Description
技术领域
本发明涉及电磁学领域，尤其涉及一种磁场强度测量装置。
背景技术
磁场测量的发展有着悠久的历史，早在两千多年前，人们就用司南来探测磁场，用于指示方向。随着物理学、材料科学和电子技术的不断发展，磁场测量技术取得了很大进展，磁场测量方法也越来越多。当前，磁场测量技术己广泛应用于地球物理学、空间科学、生物医学、军事技术、工业探伤等领域，成为不可或缺的手段。磁场测量常以磁场强度的大小作为度量标准，针对不同场合下磁场强度的不同，需要采用不同的测量方法。
霍尔效应是指当外磁场垂直于流过金属或半导体中的电流时，会在金属或半导体中垂直于电流和外磁场的方向产生电动势的现象。霍尔效应法是在实际应用中应用较多的一种磁场测量方法，利用霍尔效应法可以连续线性地读数，而且可以用于测量小间隙磁场，还可以使用多探头实现自动化测量和数据处理。
霍尔效应磁场测量仪是测试磁场强度的一种专用仪器，已广泛用于测量电机转子、磁性材料、玩具、冰箱的门封磁条、音响的扬声器、作为开关的离合器及各种磁疗产品的磁场强度。但随着社会的发展和科学技术的不断进步，对该仪器的功能、智能化、实用性等方面的要求越来越高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于霍尔效应的磁场强度测量装置，从而更智能、更精确、更实用地连续线性测量磁场强度。
根据本发明的一个方面，提供一种磁场强度测量装置，所述装置包括：信号源设备、霍尔传感器、螺线管、三维进给设备和水冷设备，其中，
所述螺线管为长直形，在所述螺线管中通过励磁电流；
所述霍尔传感器用于产生霍尔电压；
所述信号源设备用于为所述螺线管提供励磁电流，为所述霍尔传感器提供工作电压，并测量所述霍尔传感器所输出的霍尔电压；
所述三维进给设备用于使所述霍尔传感器在三维空间中移动，并测量所述霍尔传感器在三维空间中的位置；以及
所述水冷设备用于利用循环水流来冷却所述螺线管，以消除所述螺线管所发出的热量。
优选地，所述信号源设备进一步包括：数控可调电流源、第一直流稳压电源、第二直流稳压电源和数字电压表，其中
所述数控可调电流源用于为所述螺线管提供励磁电流；
所述第一直流稳压电源和所述第二直流稳压电源用于为所述霍尔传感器提供工作电压；以及
所述数字电压表用于测量所述霍尔传感器所输出的霍尔电压。
优选地，所述数控可调电流源的调节范围为0-0.5A，所述第一直流稳压电源的调节范围为2.4V-2.6V，所述第二直流稳压电源的调节范围为4.8V-5.2V，所述数字电压表具有两种量程，分别为19.999V量程和1999.9mV量程。
优选地，所述信号源设备进一步包括一换向开关K2，所述数控可调电流源通过所述换向开关K2给所述螺线管提供励磁电流，
其中，当所述换向开关K2处于第一导通位置和第二导通位置时，所述数控可调电流源给所述螺线管所提供的励磁电流方向相反，当所述换向开关K2处于断开位置时，断开给所述螺线管的励磁电流供应。
优选地，所述信号源设备进一步包括一开关K1，
其中，当所述开关K1处于第一位置时，所述霍尔传感器的两根引线V+和V-分别与所述第二直流稳压电源的正负两端连接，用以给所述霍尔传感器提供工作电压，而所述霍尔传感器的两根引线Vout和V-连接所述数字电压表的正负端，用以输出霍尔电压。
优选地，当对所述磁场强度测量装置进行调节时，先使所述换向开关K2处于断开位置，以使所述霍耳传感器处于零磁场条件下，使所述开关K1处于第一位置，调节所述第二直流稳压电源的输出电压，使得所述数字电压表所显示的电压值为2.500V，这时所述霍耳传感器达到标准化工作状态；
然后，仍使所述换向开关K2处于断开位置，使所述开关K1处于第二位置，调节所述第一直流稳压电源的输出电压，使所述数字电压表所显示的电压值为0，即用一外接2.500V的电位差与所述霍尔传感器所输出的2.500V电位差进行补偿。
优选地，所述三维进给设备进一步包括探杆、三维方向的导轨、三维方向的位置标尺、三维方向的紧固螺钉和滑块，其中所述探杆与所述霍尔传感器直接连接，用于带动所述霍尔传感器在螺线管内沿三维方向移动。
优选地，所述水冷设备包括：进水端、环形套筒和出水端，其中所述螺线管绕在所述环形套筒上，自来水通过所述进水端流入所述环形套筒并从所述出水端流出，以形成循环流动。
根据上述技术方案，本发明基于霍尔效应提供了一种磁场强度测量装置，从而可以连续线性地测量磁场强度，实现了更智能、更精确、更实用的磁场强度测量。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中磁场强度测量装置的信号源设备的实物示意图；
图2是本发明具体实施方式中磁场强度测量装置的电路连接示意图；
图3是本发明具体实施方式中磁场强度测量装置的三维进给设备的结构图；
图4是本发明具体实施方式中磁场强度测量装置的水冷设备的结构图。
具体实施方式
本发明具体实施方式中的磁场强度测量装置包括：信号源设备、霍尔传感器、螺线管、三维进给设备和水冷设备。其中，螺线管为长直形，在该螺线管中通过励磁电流；霍尔传感器用于产生霍尔电压；信号源设备用于为螺线管提供励磁电流，为霍尔传感器提供工作电压，并测量霍尔传感器所输出的霍尔电压；三维进给设备用于使霍尔传感器在三维空间中移动，并测量霍尔传感器在三维空间中的位置；水冷设备用于利用循环水流来冷却螺线管，以消除螺线管所发出的热量。
下面就结合附图来介绍具体实施方式中磁场强度测量装置的各模块设备。
图1是本发明具体实施方式中磁场强度测量装置的信号源设备的实物示意图。图2是本发明具体实施方式中磁场强度测量装置的电路连接示意图，由于三维进给设备和水冷设备与本发明装置中的其它各设备之间的连接为机械方式，因此在图2中主要示出了磁场强度测量装置的信号源设备、霍尔传感器和螺线管。
如图1-2所示，信号源设备主要包括：数控可调电流源（调节范围为0—0.5A）、第一直流稳压电源(调节范围为2.4V—2.6V)、第二直流稳压电源（调节范围为4.8V—5.2V)和数字电压表(分为19.999V量程和1999.9mV量程二档)。
如图2所示，附图标记1表示信号源设备的电源开关，2、3分别表示数控可调电流源的正负极连接端口，4表示数控可调电流源的调节旋钮，5表示换向开关旋钮，6表示第一直流稳压电源连接端口，7表示第二直流稳压电源连接端口，8表示信号源设备的的公共接地端口，9表示第一直流稳压电源的调节旋钮，10表示第二直流稳压电源的调节旋钮，11、12分别表示数字电压表的正负端口，13表示数字电压表的量程档位，14表示电流值显示屏，15表示电压值显示屏，16表示换向开关K2，17表示开关K1，18表示螺线管，19示意性地示出三维进给设备中的部分传动模块（三位进给设备的详细构成如图3所示），20表示霍尔传感器。
在本发明具体实施方式中，信号源设备中的数控可调电流源、直流稳压电源和数字电压表均可以现有技术中的方式实现，本发明并不对其具体电路原理做赘述。
如图2所示，从电路外部来看，分别连接数控可调电流源的正负极连接端口2、3即可提供数控可调电流源，连接公共接地端口8和第一/二直流稳压电源连接端口6或7即可提供第一/二直流稳压电源，分别连接数字电压表的正负端口11、12即可提供数字电压表功能。因此，本发明中对电压源/电流源/电压表和从外部实现其各自功能的连接端口并不做刻意区分。同时，本发明具体实施方式中的霍尔传感器20也利用现有技术方式实现，用以实现产生霍尔电压的功能即可。
如图2所示，数控可调电流源2、3可通过双刀换向开关K2给长直的螺线管18提供励磁电流，当换向开关K2处于向上导通位置（本发明中称为“第一导通位置”）和向下导通位置（本发明中称为“第二导通位置”）时，数控可调电流源2、3给螺线管18所提供的励磁电流方向相反，当换向开关K2处于中间位置（本发明称为“断开位置”）时断开给螺线管18的励磁电流供应。
霍尔传感器20有三根引线，其中如附图2所示，单刀开关K1向右接通时（本发明称为“第一位置”），两根引线V+和V-分别与第二直流稳压电源（调节范围为4.8V—5.2V）的正负7、8连接，用以给霍尔传感器20提供工作电压，而两根引线Vout和V-则连接数字电压表的正负端11、12，用以输出霍尔电压。
当对具体实施方式的磁场强度测量装置进行调节时，先使双刀换向开关K2处于中间位置以断开励磁电流供应，使霍耳传感器20处于零磁场条件下，把开关K1向右接通，调节第二直流稳压电源的输出电压，使得数字电压表所显示的电压值为2.500V，这时霍耳传感器20达到了标准化工作状态，即霍耳传感器20所通过电流达到了规定的数值，且剩余电压恰好达到补偿，即U0=0V。
然后，仍使双刀换向开关K2处于中间位置以断开励磁电流供应，在保持“V+”和“V-”电压不变的情况下，把开关K1向左接通（本发明称为“第二位置”），调节第一直流稳压电源的输出电压，使数字电压表所显示的电压值为0（此时应将数字电压表量程拨动开关13指向mV档)，也就是用一外接2.500V的电位差与霍尔传感器20所输出的2.500V电位差进行补偿。这样，之后就可以直接用数字电压表读出霍耳传感器的电势差的值U。
图3是本发明具体实施方式中磁场强度测量装置的三维进给设备的结构图。如附图3所示，附图标记30、31、21分别表示三维进给设备的X（图3中左右方向）、Y（图3中前后方向）、Z（图3中上下方向）轴导轨，22表示探杆，23、29、25分别表示X、Y、Z轴位置标尺，24、26、28、32分别为紧固螺钉，27表示滑块。
其中，探杆22与霍尔传感器20直接连接，可带动霍尔传感器20在螺线管18内沿X、Y、Z三个方向移动。当霍尔传感器20需要在X轴方向上移动时，可以通过滑块27沿导轨30在X轴方向上移动以带动霍尔传感器20，从而改变霍尔传感器20在X方向上的位置。如果滑块27移动时阻力太大或松动，则可适当调节滑块上紧固螺钉28的紧度。同时，为了防止滑块27在Y、Z轴方向上有位置改变，可以锁紧导轨30右端的紧固螺钉32和紧固螺钉24。
类似地，当霍尔传感器20需要在Y轴方向上移动时，松开导轨30右端的紧固螺钉32，轻推探杆22使其沿导轨31均匀移动，从而改变霍尔传感器在Y方向上的位置。当霍尔传感器20需要在Z轴方向上移动时，松开紧固螺钉24，探杆22可以沿导轨21上下移动，从而改变霍尔传感器在Z方向上的位置。三维进给设备在X、Y、Z方向上均配有位置标尺23、29、25，这样在测量三维磁场时，可以方便地确定空间磁场的三维坐标。
图4是本发明具体实施方式中磁场强度测量装置的水冷设备的结构图。在具体实施方式中，该水冷设备利用循环流动的自来水来冷却螺线管，从而降低螺线管的发热对磁场强度测量的影响。该水冷设备主要包括进水端、环形套筒和出水端。如附图4所示，附图标记41表示进水端，42表示环形套筒，18表示螺线管，43表示水流，而44表示出水端。
如图4所示，螺线管18绕在环形套筒42上，环形套筒42里面装自来水，自来水43通过进水端41流入环形套筒42并从出水端44流出，以形成循环流动。该水冷设备可以快速消除螺线管所发出的热量，因此可以适当提高励磁电流大小而不会由于螺线管励磁电流通过时间过长而对测量造成影响。
根据上述具体实施方式介绍可知，本发明基于霍尔效应提供了一种磁场强度测量装置，从而可以连续线性地测量磁场强度，实现了更智能、更精确、更实用的磁场强度测量。
Claims (5)
1.一种磁场强度测量装置，其特征在于，所述装置包括：信号源设备、霍尔传感器、螺线管、三维进给设备和水冷设备，其中，
所述螺线管为长直形，在所述螺线管中通过励磁电流；
所述霍尔传感器用于产生霍尔电压；
所述信号源设备用于为所述螺线管提供励磁电流，为所述霍尔传感器提供工作电压，并测量所述霍尔传感器所输出的霍尔电压；
所述三维进给设备用于使所述霍尔传感器在三维空间中移动，并测量所述霍尔传感器在三维空间中的位置；以及
所述水冷设备用于利用循环水流来冷却所述螺线管，以消除所述螺线管所发出的热量，
其中,所述水冷设备包括：进水端、环形套筒和出水端，其中所述螺线管绕在所述环形套筒上，自来水通过所述进水端流入所述环形套筒并从所述出水端流出，以形成循环流动，
所述三维进给设备进一步包括探杆、三维方向的导轨、三维方向的位置标尺、三维方向的紧固螺钉和滑块，其中所述探杆与所述霍尔传感器直接连接，用于带动所述霍尔传感器在螺线管内沿三维方向移动；
所述信号源设备进一步包括：数控可调电流源、第一直流稳压电源、第二直流稳压电源和数字电压表，其中
所述数控可调电流源用于为所述螺线管提供励磁电流；
所述第一直流稳压电源和所述第二直流稳压电源用于为所述霍尔传感器提供工作电压；以及
所述数字电压表用于测量所述霍尔传感器所输出的霍尔电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数控可调电流源的调节范围为0—0.5A，所述第一直流稳压电源的调节范围为2.4V—2.6V，所述第二直流稳压电源的调节范围为4.8V—5.2V，所述数字电压表具有两种量程，分别为19.999V量程和1999.9mV量程。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述信号源设备进一步包括一换向开关K2，所述数控可调电流源通过所述换向开关K2给所述螺线管提供励磁电流，
其中，当所述换向开关K2处于第一导通位置和第二导通位置时，所述数控可调电流源给所述螺线管所提供的励磁电流方向相反，当所述换向开关K2处于断开位置时，断开给所述螺线管的励磁电流供应。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述信号源设备进一步包括一开关K1，
其中，当所述开关K1处于第一位置时，所述霍尔传感器的两根引线V+和V-分别与所述第二直流稳压电源的正负两端连接，用以给所述霍尔传感器提供工作电压，而所述霍尔传感器的两根引线Vout和V-连接所述数字电压表的正负端，用以输出霍尔电压。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，当对所述磁场强度测量装置进行调节时，先使所述换向开关K2处于断开位置，以使所述霍耳传感器处于零磁场条件下，使所述开关K1处于第一位置，调节所述第二直流稳压电源的输出电压，使得所述数字电压表所显示的电压值为2.500V，这时所述霍耳传感器达到标准化工作状态；
然后，仍使所述换向开关K2处于断开位置，使所述开关K1处于第二位置，调节所述第一直流稳压电源的输出电压，使所述数字电压表所显示的电压值为0，即用一外接2.500V的电位差与所述霍尔传感器所输出的2.500V电位差进行补偿。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |