CN103869263A

CN103869263A - 一种简易磁场检测仪

Info

Publication number: CN103869263A
Application number: CN201410115258.6A
Authority: CN
Inventors: 韩颖慧; 李超雄; 归毅; 庄英乐; 王英楠; 韩腾飞; 张宁
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2014-06-18

Abstract

本发明提供了一种简易磁场检测仪，包括：电路板；固定在所述电路板上的电路，所述电路包括电源和与所述电源相连的金属棒；所述金属棒外部包裹有压电材料层，所述压电材料层固定在所述电路板上，所述压电材料层作为电压输出端与所述信号处理系统相连；与所述压电材料层并联设置的电容器。本发明提供的简易磁场检测仪的检测原理如下：金属棒在电场和磁场同时存在的条件下产生电磁力，在固定在电路板上的压电材料层的作用下产生力平衡，压电材料在金属棒的反作用力下产生电压，该电压信号经过信号处理系统处理并经信号显示系统显示后，即可获知磁场强度。该简易磁场检测仪结构简单，信号采集方便、灵敏且精确，能够实现对电磁场的实时监测。

Description

一种简易磁场检测仪

技术领域

本发明属于磁场检测技术领域，尤其涉及一种简易磁场检测仪。

背景技术

随着科学的进步与发展，电磁学的应用越来越广泛，但是，电磁场具有不可见与不安全性，需要对其进行实时监测。现有技术公开了多种磁场检测仪，但是其结构均较为庞大，分析比较繁琐，不适合电磁场的实时监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简易磁场检测仪，其结构简单、便于携带，能够实现对电磁场的实时监测。

本发明提供了一种简易磁场检测仪，包括：信号采集系统、信号处理系统和信号显示系统，所述信号采集系统包括：

电路板；

固定在所述电路板上的电路，所述电路包括电源和与所述电源相连的金属棒；

所述金属棒外部包裹有压电材料层，所述压电材料层固定在所述电路板上，所述压电材料层作为电压输出端与所述信号处理系统相连；

与所述压电材料层并联设置的电容器。

优选的，所述电路还包括与输入端相连的稳压电路，所述稳压电路的输出端与所述金属棒的输入端相连。

优选的，所述电路还包括与所述金属棒的输出端相连的可调电阻。

优选的，所述信号显示系统包括：

设置在所述金属棒上方的表盘，所述表盘内设置有自由转动的磁针。

优选的，所述表盘内标有刻度。

优选的，所述表盘内标有标识，所述标识与金属棒垂直。

优选的，所述信号处理系统包括：与所述压电材料层相连的A／D转换电路和与所述A/D转换电路相连的单片机。

优选的，所述信号显示系统还包括：与所述单片机相连的晶体管，所述晶体管用于接收并显示所述单片机输出的信号。

与现有技术相比，本发明提供的一种简易磁场检测仪，包括：信号采集系统、信号处理系统和信号显示系统，所述信号采集系统包括：电路板；固定在所述电路板上的电路，所述电路包括电源和与所述电源相连的金属棒；所述金属棒外部包裹有压电材料层，所述压电材料层固定在所述电路板上，所述压电材料层作为电压输出端与所述信号处理系统相连；与所述压电材料层并联设置的电容器。本发明提供的简易磁场检测仪的检测原理如下：金属棒在电场和磁场同时存在的条件下产生电磁力，在固定在电路板上的压电材料层的作用下产生力平衡，压电材料在金属棒的反作用力下产生电压，该电压信号经过信号处理系统处理并经信号显示系统显示后，即可获知磁场强度。由此可见，本发明提供的简易磁场检测仪结构简单，信号采集方便、灵敏且精确，能够实现对电磁场的实时监测。

附图说明

图1为本发明提供的简易磁场检测仪的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的简易磁场检测仪中信号采集系统的结构示意图。

具体实施方式

电路板；

与所述压电材料层并联设置的电容器；

与所述压电材料层并联设置的电容器。

本发明提供的简易磁场检测仪包括信号采集系统、信号处理系统和信号显示系统，参见图1，图1为本发明提供的简易磁场检测仪的结构示意图，1为信号采集系统，2为信号处理系统，3为信号显示系统，其中，所述信号采集系统用于采集磁场信号，并将采集到的磁场信号传递给信号处理系统进行处理；所述信号处理系统接收来自信号采集系统的信号后对其进行处理后形成新的信号，并将所述新的信号传递给信号显示系统进行显示，便于使用者进行读数。

在本发明中，所述信号采集系统包括：电路板；固定在所述电路板上的电路，所述电路包括电源和与所述电源相连的金属棒；所述金属棒外部包裹有压电材料层，所述压电材料层固定在所述电路板上，所述压电材料层作为电压输出端与所述信号处理系统相连；与所述压电材料层并联设置的电容器。参见图2，图2为本发明实施例提供的简易磁场检测仪中信号采集系统的结构示意图，其中，11为金属棒，12为包覆在金属棒上的压电材料层，15为与压电材料层并联的电容器。

在本发明中，电路板的作用在于固定电路和压电材料层，本发明对其并无特殊限制。

所述电路包括电源和与所述电源相连的金属棒，电源和金属棒11构成完整的电路。在其他实施例中，金属棒可以作为输出端与信号处理系统相连；当电路导通后，电流信号通过金属棒11输送至信号处理系统中。

金属棒11外部包覆有压电材料层12，压电材料层12固定在电路板上，压电材料层12作为电压输出端与所述信号处理系统相连。金属棒11在电场和磁场的共同作用下产生电磁力而发生扭转的趋势，但是由于其外包覆有压电材料层12，且压电材料层12固定于电路板上，导致金属棒11无法扭转而对包覆于其外部的压电材料层12产生相应的压力；压电材料层12由压电材料形成，具有压电效应，能够将该压力转化为电压输出输送给信号处理系统进行处理。

所述信号采集系统还包括与所述压电材料层并联设置的电容器15，电容器15作用在于为信号处理系统提供更多的计算数据，从而得到更为准确的磁场强度。

在其他实施例中，所述电路还包括与输入端相连的稳压电路13，稳压电路13的输出端与所述金属棒的输入端相连。稳压电路13包括与电源相连的W7805稳压器、与W7805稳压器的输出端相连的运算放大器、与运算放大器的输出端相连的第一可调电阻和与第一可调电阻的输出端相连的电阻，电阻的输出端与金属棒的输入端相连。在本发明中，稳压电路的作用在于提供恒定的电压。

在其他实施例中，所述电路还包括与所述金属棒的输出端相连的可调电阻14，可调电阻14的作用在于调节电流，得到不同强度的电流，扩大磁场测量范围，例如，实现0T～10T磁场强度的检测。

在本发明中，所述信号处理系统用于接收信号采集系统发送的信号并对所述信号进行处理。在本实施例中，所述信号处理系统包括：与所述压电材料层相连的A/D转换电路和与所述A／D转换电路相连的单片机。A/D转换电路接收来自于信号采集系统发送的电压信号，经过A/D转换后输入到单片机中进行处理，单片机结合其他信号对所述经过A／D转换的信号进行运算，最终生成磁场强度信号，并将所述磁场强度信号发送给信号显示系统。所述单片机也可以单独对所述经过A／D转换的信号进行运算，得到电压信号并将所述电压信号发送给信号显示系统，信号显示系统直接显示电压后，再人工或者采取其他手段对所述电压信号数值结合其他数值计算得到磁场强度。

在其他实施例中，单片机还同时接收信息采集系统发送的电流信号，对该电流信号与上述经过A／D转换的信号进行综合处理，从而计算得到磁场强度。此时，该简易磁场检测仪对多组信号进行同时处理，能够减小由于对采集信号处理的不准确性而导致的误差，因此，准确性较高。

在本发明中，所述信号显示系统用于接收信号处理系统发送的磁场强度信号，也可以直接接受信号采集系统采集到的信号并对其产生响应。具体而言，信号显示系统包括：设置在所述金属棒上方的表盘，所述表盘内设置有自由转动的磁针。当金属棒产生电磁力时，其上方的磁针受电磁影响发生转动从而能够显示磁场方向。在其他实施例中，表盘内标有刻度，从而能够根据表盘显示的刻度初步判断磁场的强弱。在其他实施例中，表盘内标有标识，所述标识与金属棒垂直，当磁针显示磁场方向时，可以调整电路板或者表盘，使磁针位于所述标识处，此时，金属棒与磁场方向垂直，从而利于后续信号处理，得到更为准确的测试结果。

信号显示系统还可以包括与所述单片机相连的晶体管，所述晶体管用于接收并显示所述单片机输出的信号。所述晶体管能够将接收到的信号进行数字显示，从而直接得出磁场强度。

本发明提供的简易磁场检测仪的检测原理如下：金属棒在电场和磁场同时存在的条件下产生电磁力：F=BIL，其中，F为所受安培力，B为磁场强度，I为经过金属棒电流，L为金属棒长度；在固定在电路板上的压电材料层的作用下产生力平衡，压电材料在金属棒的反作用力下产生电压，该电压信号经过信号处理系统处理并经信号显示系统显示后，即可获知磁场强度。

压电材料层两端面间，产生的电量与所受压力成正比关系：Q=d*F，其中Q为电量，d为比例系数，由压电材料决定，F为所受压力。而压电材料层的电量难以测定，通过与其并联电容器测定其电压计算其电量：Q=UC，其中U为电容两端电压，Q为电量，C为电容。

由于金属棒产生的电磁力与压电材料受到的压力相同，因此，根据上述关系可以确定磁场强度的计算公式：B=(C／dL)*(U／I)。其中，C为电容器电容，视为已知；d为比例系数，由压电材料决定，也视为已知；L为金属棒长度，也视为已知；I为流经金属棒的电流，也视为已知；因此，只需要检测得到压电材料输出的电压U值，即可计算得到磁场强度。

上述计算过程由所述简易磁场检测仪的信号处理系统完成，即将电容器电容、压电材料比例系数、金属棒长度输入单片机中，单片机结合接收到的电流信号和电压信号进行处理，即可最终得到磁场强度，并将其输出给信号显示系统。或者将电容器电容、压电材料比例系数、金属棒长度和金属棒的电流输入单片机中，单片机结合接收到的电压信号进行处理，即可最终得到磁场强度，并将其输出给信号显示系统。由此可见，本发明提供的简易磁场检测仪结构简单，信号采集方便、灵敏且精确，能够对多种信号进行综合处理，因此，检测较为精确，能够实现对电磁场的实时监测。

实施例1

本实施例提供的简易磁场检测仪包括信号采集系统、信号处理系统和信号显示系统，其中，信号采集系统包括：电路板；固定在所述电路板上的电路，所述电路包括电源和与所述电源相连的金属棒；所述金属棒外部包裹有压电材料层，所述压电材料层固定在所述电路板上，所述压电材料层作为电压输出端与所述信号处理系统相连；与所述压电材料层并联设置的电容器。

信号处理系统包括：与所述压电材料层相连的A／D转换电路和与所述A/D转换电路相连的单片机；

信号显示系统包括：与所述单片机相连的晶体管，所述晶体管用于接收并显示所述单片机输出的信号。

实施例2

与实施例1的区别在于，还包括：设置在所述金属棒上方的表盘，所述表盘内设置有自由转动的磁针。

实施例3

与实施例2的区别在于，所述表盘内标有刻度。

实施例4

与实施例2的区别在于，所述表盘内标有标识，所述标识与金属棒垂直。

实施例5

与实施例3的区别在于，所述电路还包括与输入端相连的稳压电路13，稳压电路13的输出端与所述金属棒的输入端相连。稳压电路13包括与输入端相连的W7805稳压器、与W7805稳压器的输出端相连的运算放大器、与运算放大器的输出端相连的第一可调电阻和与第一可调电阻的输出端相连的电阻，电阻的输出端与金属棒的输入端相连。

实施例6

与实施例4的区别在于，所述电路还包括与所述金属棒的输出端相连的可调电阻14，可调电阻14的输出端即为电路的输出端。

实施例7

与实施例1的区别在于，所述电路还包括与输入端相连的稳压电路13，稳压电路13的输出端与所述金属棒的输入端相连。稳压电路13包括与输入端相连的W7805稳压器、与W7805稳压器的输出端相连的运算放大器、与运算放大器的输出端相连的第一可调电阻和与第一可调电阻的输出端相连的电阻，电阻的输出端与金属棒的输入端相连。

实施例8

与实施例6的区别在于，所述电路还包括与所述金属棒的输出端相连的可调电阻14。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种简易磁场检测仪，包括：信号采集系统、信号处理系统和信号显示系统，其特征在于，所述信号采集系统包括：

电路板；

与所述压电材料层并联设置的电容器。

2.根据权利要求1所述的简易磁场检测仪，其特征在于，所述电路还包括与输入端相连的稳压电路，所述稳压电路的输出端与所述金属棒的输入端相连。

3.根据权利要求2所述的简易磁场检测仪，其特征在于，所述电路还包括与所述金属棒的输出端相连的可调电阻。

4.根据权利要求3所述的简易磁场检测仪，其特征在于，所述信号显示系统包括：

5.根据权利要求4所述的简易磁场检测仪，其特征在于，所述表盘内标有刻度。

6.根据权利要求4所述的简易磁场检测仪，其特征在于，所述表盘内标有标识，所述标识与金属棒垂直。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的简易磁场检测仪，其特征在于，所述信号处理系统包括：与所述压电材料层相连的A/D转换电路和与所述A／D转换电路相连的单片机。

8.根据权利要求7所述的简易磁场检测仪，其特征在于，所述信号显示系统还包括：与所述单片机相连的晶体管，所述晶体管用于接收并显示所述单片机输出的信号。