CN106601096A - 一种多模型磁场扫描系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多模型磁场扫描系统，包括探头移动滑轨(1)、磁场探头(2)、载物台(3)、运动模块支撑架(4)和感生磁场模型。其中磁场探头(2)可以是测量沿Z轴方向磁场的单霍尔片结构，也可以是测量沿Z轴方向磁场和测量平行于XY平面磁场的正交布置三霍尔片结构，还可以是测量形状不规则磁场的旋转式探头。感生磁场模型可以是永磁体、电生磁单元、单/多磁源探测模型、磁导航条等。本发明可实现磁场探头与载物台的相对三维运动，对感生磁场模块进行磁场检测，并通过电脑进行显示。

Description

一种多模型磁场扫描系统
技术领域
本发明涉及磁场扫描技术领域，特别地，涉及一种多模型磁场扫描系统。
背景技术
在教育改革大力倡导的形势下，初高中的物理教学实验教具提出了更高的要求，尤其对于那些不能进行空间实体演示的教具。就电磁场相关的教具来说，由于电磁场的不可见性，传统教具比较单一，无法将实验成果直观的显现出来，无法完全满足教学需求，给教学带来了一定的难度。，
本发明的多模型磁场扫描系统，即是针对电磁场在空间的分布十分复杂的现象，可以有效的呈现磁场的空间分布情况，提供更加直观的信息。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便为初高中乃至大学的物理教学环节尤其针对电磁场部分提供更真实更形象的演示效果，使得学生的认识程度更加深刻。
本发明提供了一种多模型磁场扫描系统，一种多模型磁场扫描系统，包括探头移动滑轨1、磁场探头2、载物台3、运动模块支撑架4和感生磁场模型，运动模块支撑架4分为上下两部分，上部分内侧具有滑轨，下部分在XY平面内设置，具有平行设置的支撑板；载物台3在XY平面内设置，装配在运动模块支撑架4的支撑板上，在驱动电机的驱动下沿X轴和Z轴方向移动，载物台3具有多孔结构，以固定不同形状的感生磁场模型；探头移动滑轨1沿Y轴设置，其装配在运动模块支撑架4的滑轨上，可在Z轴方向上移动，探头移动滑轨1内部具有中空的滑轨；磁场探头2上部连接有滑块，磁场探头2通过滑块装配在移动滑轨1的滑轨内，可在驱动电机驱动下沿Y轴方向移动，也可随着探头移动滑轨1沿Z轴方向移动；感生磁场模型放置在载物台3上，用于产生磁场。
优选地，磁场探头2采用单霍尔片5的结构，用于测量沿Z轴方向的磁场；或采用三个霍尔片6相互正交布置的结构，用于测量沿Z轴方向磁场和测量平行于XY平面的磁场；或采用旋转式探头，用于检测不规则形状物体的磁场。
优选地，磁场探头2采用磁传感器元件，外部连接有相应的检测电路，通过扫描载物台3上感生磁场模型的磁场分布，将相关数据在屏幕上进行显示。
优选地，磁传感器元件为霍尔磁传感器、巨磁阻探头、磁通门磁强计、SQUIDS中的一种。
优选地，感生磁场模型为产生永久磁场的永磁体7。
优选地，感生磁场模型为电生磁单元。
优选地，电生磁单元为通电直导线8、通电线圈9、亥姆霍兹线圈结构的一种，其中亥姆霍兹线圈12由两个通电线圈以及升降杆13组成。
优选地，感生磁场模型为单磁源探测模型，用非磁性材料11将单个磁源10封装，通过在外部扫描磁场，确定磁源在内部封装的具体位置；或为多磁源探测模型，用非磁性材料11将多个磁源10封装，通过在外部扫描磁场，确定磁源在内部封装的具体位置。
优选地，磁源10采用绕制线圈或永磁体，非磁性材料11采用软陶材料。
优选地，感生磁场模型为磁导航条14。
本发明的有益效果在于：
1、本系统设计拥有灵活的三维运动方式，不拘泥于单一平面和有限区域的运动，无论是载物台和磁场探头都有其灵活的运动，其有效的控制系统由相应的上位机控制实现其特定路径。
2、本系统可以的磁场扫描探头，是通过优良设计，可实现运动实时监测功能，采取了有效的运动和采集程序，能有效保证测量的精度和准确性。
3、作为核心的配套部件，磁场生成模块都是生产生活中经常采用的磁场原件，同时又被分为五个主要的类型，囊括了大部分磁场产生的模型，对于学生有很好的演示效果。
附图说明
图1是本发明的一种多模型磁场扫描系统的结构示意图；
图2是本发明的一种多模型磁场扫描系统的一种磁场探头的结构示意图；
图3是本发明的一种多模型磁场扫描系统的另一种磁场探头的结构示意图；
图4是本发明的一种多模型磁场扫描系统的另一种磁场探头的结构示意图；
图5是本发明的一种多模型磁场扫描系统的感生磁场模型之永磁体示意图；
图6是本发明的一种多模型磁场扫描系统的感生磁场模型之通电直导线示意图；
图7是本发明的一种多模型磁场扫描系统的感生磁场模型之通电线圈示意图；
图8是本发明的一种多模型磁场扫描系统的感生磁场模型之单磁源示意图；
图9是本发明的一种多模型磁场扫描系统的感生磁场模型之多磁源示意图；
图10是本发明的一种多模型磁场扫描系统的感生磁场模型之亥姆霍兹线圈示意图；
图11是本发明的一种多模型磁场扫描系统的感生磁场模型之磁导航条示意图。
附图标识说明：
1.探头移动滑轨 2.磁场探头
3.载物台 4.运动模块支撑架
5.单霍尔片 6.三霍尔片
7.永磁体 8.通电直导线
9.通电线圈 10.磁源
11.非磁性物质 12.亥姆霍兹线圈
13.升降杆 14.磁导航条
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1所示，本发明的一种多模型磁场扫描系统，包括探头移动滑轨1、磁场探头2、载物台3、运动模块支撑架4和感生磁场模型。其中，
运动模块支撑架4整体呈龙门结构，具有良好刚度与机械强度，分为上下两部分。上部分可以沿Z轴设置，内侧具有滑轨；下部分在XY平面内设置，具有平行设置的支撑板。应当意识到，上部分沿Z轴设置仅是实例，也可以沿其他方向设置。
载物台3在XY平面内设置，由非金属材料加工而成，装配在运动模块支撑架4的支撑板上。载物台3可在驱动电机的驱动下沿X轴和Z轴方向移动。载物台3具有多孔结构，方便固定不同形状的感生磁场模型。
探头移动滑轨1沿Y轴设置，呈中空长方体结构，其装配在运动模块支撑架4的滑轨上，可在Z轴方向上移动。探头移动滑轨1内部具有中空的滑轨。
磁场探头2其上部连接有滑块，磁场探头2通过滑块装配在移动滑轨1滑轨内，可在驱动电机驱动下沿Y轴方向移动，也可随着探头移动滑轨1沿Z轴方向移动。
感生磁场模型放置在载物台3上，用于产生磁场。
如图2所示，本发明的一种多模型磁场扫描系统的一种磁场探头2，采用单霍尔片5的结构，可测量沿Z轴方向的磁场。
如图3所示，本发明的一种多模型磁场扫描系统的另一种磁场探头2，采用三霍尔片6相互正交布置的结构，既可测量沿Z轴方向磁场，又可测量平行于XY平面的磁场。这样的布置方式可以在同一运动轨迹下测量不同方向的磁场，实现空间的磁场全覆盖。
如图4所示，本发明的一种多模型磁场扫描系统的另一种磁场探头2，采用端部可旋转结构，可实现180任意角度旋转，在遇到不规则物体时，方便调整角度测量，实现不同方位不同位置的磁场扫描。
磁场探头2可以采用霍尔磁传感器、巨磁阻探头、磁通门磁强计、SQUIDS等磁传感器元件，其外部连接有相应的检测电路，通过扫描载物台3上感生磁场模型的磁场分布，将相关数据在屏幕上进行显示。
感生磁场模型主要分为以下几个实施例。
实施例一，如图5所示,感生磁场模型为可产生永久磁场的环形永磁体7。应当意识到，其他类型的永磁体，如马蹄形等也包含在此列。
实施例二，如图6和7所示，感生磁场模型为电生磁单元，例如为图6的通电直导线8，或如图7的通电线圈9，或如图8的亥姆霍兹线圈结构。应当意识到，其他有通电导线绕制成的磁体，均可以包含在此列。其中亥姆霍兹线圈12由两个亥姆霍兹线圈以及升降杆13组成。
实施例三，如图9所示，感生磁场模型为单磁源探测装置。例如用非磁性材料11将单个磁源10封装，通过在外部扫描磁场，确定磁源在内部封装的具体位置。单个磁源10可以采用绕制线圈，也可以采用永磁体。
实施例四，如图10所示，感生磁场模型为多磁源探测装置。例如用非磁性材料11将多个磁源10封装，通过在外部扫描磁场，确定磁源在内部封装的具体位置。多个磁源10可以采用多个绕制线圈，也可以采用多个永磁体。
对于实例例三、四中的非磁性材料11，采用软陶材料进行封装，风干后形成模型实体。
实施例五，如图11所示，感生磁场模型为磁导航条14。其主要功能为使得磁场探头2沿磁导航条14运动，以检测磁导航条14的磁场。应当意识到，环形形状仅为磁导航条14一种形状，可以为任意的形状。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多模型磁场扫描系统，包括探头移动滑轨(1)、磁场探头(2)、载物台(3)、运动模块支撑架(4)和感生磁场模型，其特征在于，
运动模块支撑架(4)分为上下两部分，上部分内侧具有滑轨，下部分在XY平面内设置，具有平行设置的支撑板；
载物台(3)在XY平面内设置，装配在运动模块支撑架(4)的支撑板上，在驱动电机的驱动下沿X轴和Z轴方向移动，载物台(3)具有多孔结构，以固定不同形状的感生磁场模型；
探头移动滑轨(1)沿Y轴设置，其装配在运动模块支撑架(4)的滑轨上，可在Z轴方向上移动，探头移动滑轨(1)内部具有中空的滑轨；
磁场探头(2)上部连接有滑块，磁场探头(2)通过滑块装配在移动滑轨(1)的滑轨内，可在驱动电机驱动下沿Y轴方向移动，也可随着探头移动滑轨(1)沿Z轴方向移动；
感生磁场模型放置在载物台(3)上，用于产生磁场。
2.如权利要求1所述的磁场扫描系统，其特征在于，磁场探头(2)采用单霍尔片(5)的结构，用于测量沿Z轴方向的磁场；或采用三个霍尔片(6)相互正交布置的结构，用于测量沿Z轴方向磁场和测量平行于XY平面的磁场；或采用旋转式探头，用于检测不规则形状物体的磁场。
3.如权利要求2所述的磁场扫描系统，其特征在于，磁场探头(2)采用磁传感器元件，外部连接有相应的检测电路，通过扫描载物台(3)上感生磁场模型的磁场分布，将相关数据在屏幕上进行显示。
4.如权利要求3所述的磁场扫描系统，其特征在于，磁传感器元件为霍尔磁传感器、巨磁阻探头、磁通门磁强计、SQUIDS中的一种。
5.如权利要求1所述的磁场扫描系统，其特征在于，感生磁场模型为产生永久磁场的永磁体(7)。
6.如权利要求1所述的磁场扫描系统，其特征在于，感生磁场模型为电生磁单元。
7.如权利要求6所述的磁场扫描系统，其特征在于，电生磁单元为通电直导线(8)、通电线圈(9)、亥姆霍兹线圈结构的一种，其中亥姆霍兹线圈(12)由两个通电线圈以及升降杆(13)组成。
8.如权利要求1所述的磁场扫描系统，其特征在于，感生磁场模型为单磁源探测模型，用非磁性材料(11)将单个磁源(10)封装，通过在外部扫描磁场，确定磁源在内部封装的具体位置；或为多磁源探测模型，用非磁性材料(11)将多个磁源(10)封装，通过在外部扫描磁场，确定磁源在内部封装的具体位置。
9.如权利要求8所述的磁场扫描系统，其特征在于，磁源(10)采用绕制线圈或永磁体，非磁性材料(11)采用软陶材料。
10.如权利要求1所述的磁场扫描系统，其特征在于，感生磁场模型为磁导航条(14)。
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