CN105652219B - 一种连杆驱动三维磁场测量探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连杆驱动三维磁场测量探头，由霍尔传感器测量磁场的磁感应强度，通过连杆机构和旋转机构驱动传感器绕指定轴线旋转，使传感器测量平面法线分别与三维空间坐标轴平行，测量空间磁感应强度矢量在三个坐标方向上的分量。连杆机构和旋转机构的驱动部件都在探头支撑杆的尾部，不占据探头测量空间，可以测量狭小空间磁场。本发明采用单个霍尔元件传感器测量三个方向的磁感应强度分量，避免了多传感器探头由于的测量中心不一致引起的测量误差，而且驱动简单，便于连接，应用于自动化测量装置。

Description

一种连杆驱动三维磁场测量探头

【技术领域】

本发明属于仪器仪表技术领域，涉及一种连杆驱动三维磁场测量探头，应用于磁场测量设备中，通过控制霍尔传感器在磁场空间中的位置姿态，测量磁感应强度矢量在三个坐标轴上的分量。

【背景技术】

磁场测量是现代科技发展的重要基础，在航空航天、电子信息、清洁能源等高新技术领域发挥着不可替代的作用。然而，磁场测量不同于电压、电流等物理量的测量，其基本参数磁感应强度是矢量，而且呈现空间分布状态。要掌握磁场的详细信息，必须对磁感应强度矢量在三维空间坐标轴上的分量进行测量。然而，目前常用的场强计、特斯拉计等磁场测量设备仅能对固定方向的磁场进行测量，不具备对三维空间磁场的测量能力。有少量文献提出利用立体线圈和多个霍尔传感器组成的磁场探头设计。这两种结构不尽结构庞大，而且存在位置精度低等缺点，不能满足精细磁场测量的场合。为了满足高端设备的发展的趋势，开发体积小、精度高的三维磁场测量设备具有重要的社会和经济意义。

【发明内容】

本发明旨在解决现有磁场测量设备无法进行高精度三维磁场测量的问题，提出一种连杆驱动三维磁场测量探头。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种连杆驱动三维磁场测量探头，其特征在于：主要包括传感器头、连杆系统、驱动系统三部分，传感器头包括霍尔传感器、传感器座、转轴；连杆系统包括末端推杆、前滑杆头、滑杆、后滑杆头；驱动系统包括驱动杆、曲轴、驱动轮；此外，还包括支架、橡胶架、转盘、螺钉、基础座。

所述霍尔传感器贴于所述传感器座内凹槽面上，所述传感器座两侧壁上分别开有转轴孔和推杆孔，转轴孔中心与所述霍尔传感器测量表面平齐。

所述驱动杆安装在所述后滑杆头一侧，且一端与所述后滑杆头通过连接孔铰接，其另一端与所述曲轴内轴连接；所述曲轴内轴与外轴同轴线，外轴与所述驱动轮上偏心孔连接。

所述支架前端两侧壁端部开轴孔与所述传感器座转轴孔通过所述转轴铰接，轴孔后面开橡胶架孔与所述橡胶架定位台连接；所述支架后部与所述驱动杆相同一侧的侧壁上开驱动轮孔，与所述驱动轮中心轴连接；所述支架末端两侧底板开定位孔，通过所述螺钉固定在所述转盘上；所述支架中轴孔与所述滑杆配合，使其能在中轴孔中滑动。

所述橡胶架为L型，安装后底面超出所述支架前侧臂一部分；所述橡胶架底面末端有三角形复位台，在被所述末端推杆压下后变形，产生反向力。

所述基础座侧面中心轴与所述转盘中心孔连接，使所述转盘能带动支架转动。

所述末端推杆与所述驱动杆的工作长度相等，以使连杆系统形成平行四边形运动机构。

所述传感器座转轴孔与推杆孔之间的距离与所述驱动轮上偏心孔至所述驱动轮中心的距离相等，以使两者转动角度相同。

本发明所述的一种连杆驱动三维磁场测量探头采用霍尔传感器测量空间磁感应强度，并能够实双轴转动，测量三个坐标轴上的分量。初始位置时，所述支架上表面与所述基础座底面平行，所述传感器座转轴孔与推杆孔连线垂直于所述支架上表面，从而所述霍尔传感器测量表面与所述基础座底面平行，测量与所述基础座底面垂直方向磁感应强度分量。

顺时针转动所述驱动轮，通过所述曲轴和所述驱动杆带动连杆系统，使所述传感器座同时顺时针转动。根据平行四边形机构原理，所述传感器座的转动角度与所述驱动轮的转动角度相同。当驱动轮转过90度时，所述曲轴底面恰好与所述支架上表面接触，使所述驱动轮停止转动，避免转动过度。此时，所述传感器座与所述霍尔传感器也旋转了90度，可进行与基础座轴线相同方向的磁感应强度分量测量。此时，所述传感器座与所述末端推杆、所述滑杆在同一直线上，连杆机构处于死点位置；所述橡胶架在所述末端推杆挤压下产生变形，提供反向力，使连杆系统越过死点，在所述驱动轮逆时针转动时顺利复位。

初始位置时，连杆系统不运动，而将所述转盘转动90度，测量另外一个坐标轴上的磁感应强度分量。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：

(1)本发明采用一个霍尔传感器进行磁感应强度三个坐标分量的测量，大大减小了探头所占空间，可对狭小空间进行测量，拓宽了探头应用范围。

(2)本发明采用符合平行四边形原理的连杆机构驱动传感器转动，通过驱动轮和转盘进行角度控制，可对传感器转动角度进行精确定位，提高了测量的灵活性和精度。

(3)本发明的驱动方式简单，便于与电动系统连接，实现自动化测量。

【附图说明】

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明的初始位置结构图；

图2为传感器座结构示意图；

图3为末端推杆结构示意图；

图4为前滑杆头结构示意图；

图5为曲轴结构示意图；

图6为支架结构示意图；

图7为橡胶架结构示意图；

图8为基础座结构示意图；

图9为本发明驱动轮逆时针旋转后结构图；

图10为本发明转盘旋转90度后示意图。

【具体实施方式】

如图1至图10所示，一种连杆驱动三维磁场测量探头，主要包括传感器头、连杆系统、驱动系统三部分。传感器头包括霍尔传感器1、传感器座2、转轴3；连杆系统包括末端推杆4、前滑杆头5、滑杆6、后滑杆头7；驱动系统包括驱动杆8、曲轴9、驱动轮10。此外，还包括支架11、橡胶架12、螺钉13、转盘14、基础座15。

所述霍尔传感器1贴于所述传感器座2内凹槽面201上，所述传感器座2 两侧壁202上分别开转轴孔203和推杆孔204，转轴孔203中心与所述霍尔传感器1测量表面平齐。

所述末端推杆4头部嵌入所述传感器座2凹槽205内，并通过前轴孔401与所述传感器座2推杆孔204形成铰接；所述末端推杆4尾部为凹槽形式，且末端开与前轴孔401平行的滑杆孔402；所述末端推杆4上与前轴孔401平行的其中一面有凹陷403，以避免阻碍所述传感器座转动足够的角度；所述前滑杆头5头部开连接孔501，且嵌入所述末端推杆凹槽404内通过滑杆孔402形成铰接；所述前滑杆头5底部开螺纹孔502；所述滑杆6为圆柱杆，前后两端均有螺纹，前端螺纹与所述前滑杆头5底部螺纹502孔配合；所述后滑杆头7与所述前滑杆头5具有完全相同的结构和连接，

所述驱动杆8安装在所述后滑杆头7一侧，且一端与所述后滑杆头7通过连接孔铰接，其另一端与所述曲轴9内轴901连接；所述曲轴9内轴901与外轴 902同轴线，外轴902与所述驱动轮10上偏心孔1001连接。

所述支架11前端两侧壁1101端部开轴孔1102与所述传感器座2转轴孔203 通过所述转轴3铰接，轴孔1102后面开橡胶架孔1103与所述橡胶架12定位台 1201连接；所述支架11后部与所述驱动杆8相同一侧的侧壁1104上开驱动轮孔 1105，与所述驱动轮10中心轴1002连接；所述支架11末端两侧底板1106开定位孔1107，通过所述螺钉13固定在所述转盘14上；所述支架11中轴孔1108 与所述滑杆6配合，使其能在中轴孔1108中滑动。

所述橡胶12架为L型，安装后底面1202超出所述支架11前侧壁1101一部分；所述橡胶架12底面1202末端有三角形复位台1203，在被所述末端推杆4 压下后变形，产生反向力。

所述基础座15侧面中心轴1501与所述转盘14中心孔1401连接，使所述转盘14能带动支架11转动。

进一步，所述末端推杆4与所述驱动杆8的工作长度相等，以使连杆系统形成平行四边形运动机构。

进一步，所述传感器座2转轴孔203与推杆孔202之间的距离与所述驱动轮 10上偏心孔1001至所述驱动轮中心的距离相等，以使两者转动角度相同。

工作原理：本发明所述的一种连杆驱动三维磁场测量探头采用霍尔传感器测量空间磁感应强度，并能够实双轴转动，测量三个坐标轴上的分量。初始位置时，所述支架11上表面1109与所述基础座15底面1502平行，所述传感器座 2转轴孔203与推杆孔202连线垂直于所述支架11上表面1109，从而所述霍尔传感器1测量表面与所述基础座15底面1502平行，测量与所述基础座15底面 1502垂直方向磁感应强度分量。

顺时针转动所述驱动轮10，通过所述曲轴9和所述驱动杆8带动连杆系统，使所述传感器座2同时顺时针转动。根据平行四边形机构原理，所述传感器座2 的转动角度与所述驱动轮10的转动角度相同。当驱动轮转过90度时，所述曲轴 9底面903恰好与所述支架11上表面1109接触，使所述驱动轮10停止转动，避免转动过度。此时，所述传感器座2与所述霍尔传感器1也旋转了90度，可进行与基础座15轴线相同方向的磁感应强度分量测量。此时，所述传感器座2与所述末端推杆4、所述滑杆6在同一直线上，连杆机构处于死点位置；所述橡胶架12在所述末端推杆挤压下产生变形，提供反向力，使连杆系统越过死点，在所述驱动轮10逆时针转动时顺利复位。

初始位置时，连杆系统不运动，而将所述转盘14转动90度，测量另外一个坐标轴上的磁感应强度分量。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。

Claims (7)

1.一种连杆驱动三维磁场测量探头，其特征在于：主要包括传感器头、连杆系统、驱动系统三部分，传感器头包括霍尔传感器、传感器座、转轴；连杆系统包括末端推杆、前滑杆头、滑杆、后滑杆头；驱动系统包括驱动杆、曲轴、驱动轮；此外，还包括支架、橡胶架、转盘、螺钉、基础座，所述霍尔传感器贴于所述传感器座内凹槽面上，所述传感器座两侧壁上分别开有转轴孔和推杆孔，转轴孔中心与所述霍尔传感器测量表面平齐，所述驱动杆安装在所述后滑杆头一侧，且一端与所述后滑杆头通过连接孔铰接，其另一端与所述曲轴内轴连接；所述曲轴内轴与外轴同轴线，外轴与所述驱动轮上偏心孔连接。

2.根据权利要求1所述的一种连杆驱动三维磁场测量探头，其特征在于：所述末端推杆头部嵌入所述传感器座凹槽内，并通过前轴孔与所述传感器座推杆孔形成铰接；所述末端推杆尾部为凹槽形式，且末端开有与前轴孔平行的滑杆孔；所述末端推杆与前轴孔平行的其中一面有凹陷，以避免阻碍所述传感器座转动足够的角度；所述前滑杆头的头部开连接孔，且嵌入所述末端推杆凹槽内通过滑杆孔形成铰接；所述前滑杆头的底部开螺纹孔；所述滑杆为圆柱杆，前后两端均有螺纹，前端螺纹与所述前端滑杆头底部螺纹孔配合；所述后滑杆头与所述前滑杆头具有完全相同的结构，其底部螺纹孔与所述滑杆螺纹配合。

3.根据权利要求1所述的一种连杆驱动三维磁场测量探头，其特征在于：所述支架前端两侧壁端部开轴孔与所述传感器座转轴孔通过所述转轴铰接，轴孔后面开橡胶架孔与所述橡胶架定位台连接；所述支架后部与所述驱动杆相同一侧的侧壁上开驱动轮孔，与所述驱动轮中心轴连接；所述支架末端两侧底板开定位孔，通过所述螺钉固定在所述转盘上；所述支架中轴孔与所述滑杆配合，使其能在中轴孔中滑动。

4.根据权利要求1所述的一种连杆驱动三维磁场测量探头，其特征在于：所述橡胶架为L型，安装后底面超出所述支架前侧臂一部分；所述橡胶架底面末端有三角形复位台，在被所述末端推杆压下后变形，产生反向力。

5.根据权利要求1所述的一种连杆驱动三维磁场测量探头，其特征在于：所述基础座侧面中心轴与所述转盘中心孔连接，使所述转盘能带动支架转动。

6.根据权利要求1所述的一种连杆驱动三维磁场测量探头，其特征在于：所述末端推杆与所述驱动杆的工作长度相等，以使连杆系统形成平行四边形运动机构。

7.根据权利要求1所述的一种连杆驱动三维磁场测量探头，其特征在于：所述传感器座转轴孔与推杆孔之间的距离与所述驱动轮上偏心孔至所述驱动轮中心的距离相等，以使两者转动角度相同。