CN108732519A - 无线充电电磁场三维磁测量方法及装置 - Google Patents

无线充电电磁场三维磁测量方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种无线充电电磁场三维磁测量方法及装置，使用磁场测量传感器测得电磁场待测点的x、y、z轴方向各自的最大磁感应强度；使此三个数据取平方和后开平方得到该点的最大磁感应强度；然后测量电磁场其他位置的最大磁感应强度。所述磁场测量传感器的探头内设置感应线圈，包括三个线圈，分别垂直同一坐标系的x、y、z轴方向，并以该坐标系的原点为中心，彼此正交。本发明可实现各位置处不同方向的磁场强度测量，从而准确测量出电磁环境空间中按各个方向的磁场强度，实现通过测量发射端与接收端的电磁场分布空间的最大磁场值，判断无线充电系统是否符合电磁安全标准及空间电磁安全防护，也可适用于各种无线充电环境的电磁测量。

Description

无线充电电磁场三维磁测量方法及装置
技术领域
本发明属于无线充电领域，特别涉及适用于高精密的电磁场或电气设备的磁场精确测量方法及测量装置。
背景技术
目前，无线充电技术发展越迅速，由于该技术的原理是通过电磁场耦合将发射端电能传输到接收端，耦合机构之间存在高频电磁场，那么就需要重视电磁场安全问题，通过测量电磁场分布空间的最大磁场值，判断无线充电系统是否符合电磁安全标准，这是非常重要的。
由于三维电磁场中在空间位置点的不同方向上，磁场强度大小不同，那就需要实现三维测量仪在每一位置处的各个方向均可测量场强的功能。目前三维电磁测量普遍对空间中每位置点的磁场只单方向测量一次，不考虑测量面的方向对磁场强度的影响，这种测量方式是考虑不全面的。因此在给定测量的电磁环境中，三维磁场空间位置的无方向性测量不能达到准确测量场强最大值的效果。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种无线充电电磁场三维磁测量方法及装置，解决三维空间中磁场强度测量由于无方向性，带来的不准确结果的缺点，能精确测量空间某一点的三维空间中三轴方向上的最大磁场值，对判断电磁辐射值是否满足国家电磁安全标准及空间电磁安全防护有重要作用。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种无线充电电磁场三维磁测量方法，包括：
(1)测得电磁场待测点的x、y、z轴方向各自的最大磁感应强度；
(2)使此三个数据取平方和后开平方得到该点的最大磁感应强度；
(3)通过步骤(1)-(2)测量电磁场其他位置的最大磁感应强度。
进一步的，步骤(1)所述待测点x、y、z轴方向各自的最大磁感应强度的测量方法为：
(11)设置感应线圈，包括三个线圈，分别垂直同一坐标系的x、y、z 轴方向，并以该坐标系的原点为中心，彼此正交；
(12)利用交变磁场中通过磁场中的闭合线圈的磁通量发生变化、线圈上产生感应电动势的原理，每个线圈通过通过测得的感应电动势和频率求得各自的磁感应强度；
(13)旋转感应线圈，分别测出每个线圈各自垂直待测点的x、y、z轴方向时的磁感应强度；
(14)从步骤(3)数据中选取各线圈垂直x、y、z轴的磁感应强度的最大值，作为待测点x、y、z轴方向各自的最大磁感应强度。
更进一步的，步骤(3)所述感应线圈旋转的方法为：感应线圈每次沿x、 y、z轴其中一个轴方向联动旋转90度，依此每旋转两次，作为下一个检测位置，两次旋转所沿的轴方向不同。
更进一步的，感应线圈每旋转两次后，第三次旋转时，所沿的轴方向也不同于前两次。
本发明还提供了使用上述测量方法的无线充电电磁场三维磁测量装置，包括：上位机、三轴位移平台、磁场测量传感器、三轴旋转平台，所述三轴旋转平台位于所述三轴位移平台，所述磁场测量传感器设置于三轴旋转平台上，所述上位机控制所述三轴旋转平台和所述三轴位移平台的动作；
所述三轴旋转平台带动磁场测量传感器用于测量电磁场待测点的x、y、 z轴方向磁场数据，
所述上位机利用待测点的x、y、z轴方向磁场数据计算待测点的x、y、 z轴方向各自的最大磁感应强度，然后取平方和后开平方得到该点的最大磁感应强度；
所述三轴位移平台用于带动三轴旋转平台和磁场测量传感器移动到电磁场所有待测位置进行最大磁感应强度的测量。
进一步的，所述磁场测量传感器的探头内设置感应线圈，包括三个线圈，分别垂直同一坐标系的x、y、z轴方向，并以该坐标系的原点为中心，彼此正交。
更进一步的，所述感应线圈利用交变磁场中通过磁场中的闭合线圈的磁通量发生变化、线圈上产生感应电动势的原理测量感应电动势发送给上位机，上位机通过感应电动势和频率计算磁感应强度。
更进一步的，上位机设有感应线圈的联动旋转方式：感应线圈每次沿x、 y、z轴其中一个轴方向联动旋转90度，依此每旋转两次，作为下一个检测位置，两次旋转所沿的轴方向不同；感应线圈每旋转两次后，第三次旋转时，所沿的轴方向也不同于前两次。
进一步的，所述三轴位移平台设有X向移动轴、Y向移动轴、Z向移动轴，所述Y向移动轴设有位置固定装置，所述位置固定装置设有与三轴旋转平台的对接接口；所述位置固定装置滑动连接在Y向移动轴，所述Y向移动轴滑动连接在X向移动轴，所述X向移动轴滑动连接在Z向移动轴，所述位置固定装置、Y向移动轴、X向移动轴的滑动受所述上位机控制。
更进一步的，所述三轴旋转平台设有X向旋转台、Y向旋转台、Z向旋转台，所述X向旋转台设有与三轴位移平台的对接端，所述Z向旋转台设置在X向旋转台上，所述Y向旋转台设置在Z向旋转台上；所述Y向旋转台固定设有固定夹持处，所述固定夹持处用于夹持传感器探头；所述X向旋转台、 Y向旋转台、Z向旋转台的旋转受所述上位机控制。
相对于现有技术，本发明所述的无线充电电磁场三维磁测量方法及装置具有以下优势：
本发明基于线圈在磁场中的电磁感应现象，设计出以线圈形式不同方向的多层排列的感应探头，实现可测量互相垂直的三轴方向的三维测量仪系统，可实现各位置处不同方向的磁场强度测量，从而准确测量出电磁环境空间中按各个方向的磁场强度，实现通过测量发射端与接收端的电磁场分布空间的最大磁场值，判断无线充电系统是否符合电磁安全标准及空间电磁安全防护，也可适用于电动汽车等各种无线充电环境的电磁测量。
附图说明
图1是本发明实施例的三轴位移平台结构示意图；
图2是本发明实施例的三轴旋转平台结构示意图；
图3是本发明实施例中线圈旋转示意图。
其中：
1、X向移动轴； 2、Y向移动轴； 3、Z向移动轴；
4、滑动轨道； 5、位置固定装置； 6、对接接口；
7、X向旋转台； 8、Z向旋转台； 9、Y向旋转台；
10、固定夹持处； 11、对接端； 12、感应线圈一；
13、感应线圈二； 13、感应线圈三。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种带可旋转式探头的三维多方向测量装置，包括上位机、以及受上位机控制的三轴位移平台，如图1所示，三轴位移平台设有X向移动轴1、Y 向移动轴2、Z向移动轴3，所述Y向移动轴2设有位置固定装置5，所述位置固定装置5设有与三轴旋转平台的对接接口6；所述X向移动轴1、Y向移动轴2、Z向移动轴3都设有滑动轨道4，所述位置固定装置5滑动连接在Y 向移动轴2，所述Y向移动轴2滑动连接在X向移动轴1，所述X向移动轴1 滑动连接在Z向移动轴3，所述位置固定装置5、Y向移动轴2、X向移动轴 1的滑动受所述上位机控制。
所述X向移动轴1、Y向移动轴2、Z向移动轴3，每个轴可移动的范围长度是40cm，由上位机软件控制运动方向,有控制三轴旋转平台和磁场测量传感器进行移动的作用。
如图2所示，所述三轴旋转平台设有X向旋转台7、Y向旋转台9、Z向旋转台8，所述X向旋转台7设有与三轴位移平台的对接端11，对接所述位置固定装置5设有的对接接口6，所述Z向旋转台8设置在X向旋转台7上，所述Y向旋转台9设置在Z向旋转台8上；所述Y向旋转台9固定设有固定夹持处10，所述固定夹持处10用于夹持磁场测量传感器；所述X向旋转台 7、Y向旋转台9、Z向旋转台8的旋转受所述上位机控制。
所述的磁场测量传感器，探头可测量场强范围为0.1V/m-100kV/m的交流电场和1nT-20mT的磁场，频率范围为5Hz-400kHz,由线径为3cm的多匝感应线圈一12,2,3构成，当磁场测量传感器测量出数据后，再反馈数据到上位机，经上位机设定方式旋转三轴旋转平台，转动线圈后再次测量出不同方向的磁场强度。换下一位置测量时，上位机控制三轴位移平台移动磁场测量传感器，实现不同位置上多方向的磁场强度测量。
所述磁场测量传感器的圆形探头内包括三个线圈，为线圈一12、线圈二 13、线圈三14，如图3所示，线圈一12、线圈二13、线圈三14分别固定在三轴旋转平台的3个可在互相垂直方向上转动的杆上，按图中所述的方向彼此正交，分别测量垂直通过线圈三个方向的磁场大小。使磁场测量传感器的三组线圈绕分别绕x，y，z三坐标轴转动。每测到数据传给上位机一次，就控制磁场测量传感器转动一次，可以方便切换三个感应线圈一12,线圈二 13,线圈三14的空间位置，整体联动。且使它们每个线圈分别正对x，y，z 轴方向，各测一次数值。具有控制简便、灵活，以减少测量次数的优点。
测量方法采用感应线圈一12,线圈二13,线圈三14测磁场的方法，利用交变磁场中通过磁场中的闭合线圈的磁通量发生变化，线圈上产生感应电动势的原理，通过测得的感应电动势εmax和频率f，上位机通过软件可求得磁感应强度Bm。最终获得感应线圈一12,线圈二13,线圈三14分别垂直x， y，z轴时的磁场值。每个线圈垂直x、y，z三轴的磁场值选取最大值后，使此三个数据取平方和后开平方得到该点的最大磁场值。
对所述的x，y，z三维轴预先设定了方向。感应线圈一12,线圈二13,线圈三14以整体联动的方式按上位机设定方式旋转。每次旋转90度，旋转两次，到下个位置。测出感应线圈一12,线圈二13,线圈三14分别垂直x，y，z轴时的磁场值B。取B1x,B2x,B3x中最大值Bx，取B1y,B2y,B3y中最大值By，取 B1z,B2z,B3z中最大值Bz。将Bx，By，Bz作平方和后开平方得到B作为该点的磁场强度。
如图3所示，所述的6个位置图具体旋转方式如下：
第一个线圈位置组合如图3中位置1，此时x轴方向正对线圈一12，Y轴方向正对线圈二13，Z轴方向正对线圈三14，测出B1x,B2y,B3z。下一步沿y轴如图所述转90度转到第二个线圈位置。
第二个线圈位置组合如图中位置2，此时x轴方向正对线圈三14，Y轴方向正对线圈二13，Z轴方向正对线圈一12，下一步沿x轴如图所述转90度转到第三个线圈。
第三个线圈位置组合如图中位置3，此时x轴方向正对线圈三14，y轴方向正对线圈一12，z轴方向正对线圈二13，测出B3x,B1y,B2z。下一步沿z轴如图所述转90度转到第四个线圈。
第四个线圈位置组合如图中位置4，此时x轴方向正对线圈一12，y轴方向正对线圈三14，z轴方向正对线圈二13，下一步沿x轴如图所述转90度转到第五个线圈。
第五个线圈位置组合如图中位置5，此时x轴方向正对线圈二13，y轴方向正对线圈三14，z轴方向正对线圈一12，测出B2x,B3y,B1z。下一步沿x轴如图所述转90度转到第六个线圈。
第六个线圈位置组合如图中位置6，此时x轴方向正对线圈一12，y轴方向正对线圈三14，z轴方向正对线圈二13，下一步沿x轴如图所述转90度转回位置1。
此时，该位置上所有方向的磁场都测量完毕，结束测量。利用三轴位移台移动传感器测量装置，换下一处测量位置进行测量。
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，凡在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 (10)

1.一种无线充电电磁场三维磁测量方法，其特征在于，包括：
(1)测得电磁场待测点的x、y、z轴方向各自的最大磁感应强度；
(2)使此三个数据取平方和后开平方得到该点的最大磁感应强度；
(3)通过步骤(1)-(2)测量电磁场其他位置的最大磁感应强度。
2.根据权利要求1所述的一种无线充电电磁场三维磁测量方法，其特征在于，步骤(1)所述待测点x、y、z轴方向各自的最大磁感应强度的测量方法为：
(11)设置感应线圈，包括三个线圈，分别垂直同一坐标系的x、y、z轴方向，并以该坐标系的原点为中心，彼此正交；
(12)利用交变磁场中通过磁场中的闭合线圈的磁通量发生变化、线圈上产生感应电动势的原理，每个线圈通过通过测得的感应电动势和频率求得各自的磁感应强度；
(13)旋转感应线圈，分别测出每个线圈各自垂直待测点的x、y、z轴方向时的磁感应强度；
(14)从步骤(3)数据中选取各线圈垂直x、y、z轴的磁感应强度的最大值，作为待测点x、y、z轴方向各自的最大磁感应强度。
3.根据权利要求2所述的一种无线充电电磁场三维磁测量方法，其特征在于，步骤(13)所述感应线圈旋转的方法为：感应线圈每次沿x、y、z轴其中一个轴方向联动旋转90度，依此每旋转两次，作为下一个检测位置，两次旋转所沿的轴方向不同。
4.根据权利要求3所述的一种无线充电电磁场三维磁测量方法，其特征在于，感应线圈每旋转两次后，第三次旋转时，所沿的轴方向也不同于前两次。
5.使用如权利要求1所述测量方法的无线充电电磁场三维磁测量装置，其特征在于，包括：上位机、三轴位移平台、磁场测量传感器、三轴旋转平台，所述三轴旋转平台位于所述三轴位移平台，所述磁场测量传感器设置于三轴旋转平台上，所述上位机控制所述三轴旋转平台和所述三轴位移平台的动作；
所述三轴旋转平台带动磁场测量传感器用于测量电磁场待测点的x、y、z轴方向磁场数据，
所述上位机利用待测点的x、y、z轴方向磁场数据计算待测点的x、y、z轴方向各自的最大磁感应强度，然后取平方和后开平方得到该点的最大磁感应强度；
所述三轴位移平台用于带动三轴旋转平台和磁场测量传感器移动到电磁场所有待测位置进行最大磁感应强度的测量。
6.根据权利要求5所述的无线充电电磁场三维磁测量装置，其特征在于，所述磁场测量传感器的探头内设置感应线圈，包括三个线圈，分别垂直同一坐标系的x、y、z轴方向，并以该坐标系的原点为中心，彼此正交。
7.根据权利要求6所述的无线充电电磁场三维磁测量装置，其特征在于，所述感应线圈利用交变磁场中通过磁场中的闭合线圈的磁通量发生变化、线圈上产生感应电动势的原理测量感应电动势发送给上位机，上位机通过感应电动势和频率计算磁感应强度。
8.根据权利要求6或7所述的无线充电电磁场三维磁测量装置，其特征在于，上位机设有感应线圈的联动旋转方式：感应线圈每次沿x、y、z轴其中一个轴方向联动旋转90度，依此每旋转两次，作为下一个检测位置，两次旋转所沿的轴方向不同；感应线圈每旋转两次后，第三次旋转时，所沿的轴方向也不同于前两次。
9.根据权利要求5所述的无线充电电磁场三维磁测量装置，其特征在于，所述三轴位移平台设有X向移动轴、Y向移动轴、Z向移动轴，所述Y向移动轴设有位置固定装置，所述位置固定装置设有与三轴旋转平台的对接接口；所述位置固定装置滑动连接在Y向移动轴，所述Y向移动轴滑动连接在X向移动轴，所述X向移动轴滑动连接在Z向移动轴，所述位置固定装置、Y向移动轴、X向移动轴的滑动受所述上位机控制。
10.根据权利要求5或9所述的无线充电电磁场三维磁测量装置，其特征在于，所述三轴旋转平台设有X向旋转台、Y向旋转台、Z向旋转台，所述X向旋转台设有与三轴位移平台的对接端，所述Z向旋转台设置在X向旋转台上，所述Y向旋转台设置在Z向旋转台上；所述Y向旋转台固定设有固定夹持处，所述固定夹持处用于夹持传感器探头；所述X向旋转台、Y向旋转台、Z向旋转台的旋转受所述上位机控制。
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