CN109582079A - 磁场强度的调节装置及磁流体阵列的分布状态的调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种磁场强度的调节装置及磁流体阵列的分布状态的调节装置，其中，磁场强度的调节装置包括：磁场强度调节模块，包括至少一个磁场强度调节单元，各所述磁场强度调节单元包括一永磁铁，所述磁场强度调节单元随着所述永磁铁的位置调节该永磁铁上方预定区域的磁场强度；控制模块，用于控制所述磁场强度调节所述永磁铁的位置。本发明可以通过调节所述永磁铁的位置来调节该永磁铁上方预定区域的磁场强度，操作简单，控制化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及磁场领域，尤其涉及一种磁场强度的调节装置及磁流体阵列的分布状态的调节装置。
背景技术
磁场不是由原子或分子组成的，但磁场是客观存在的。磁场是一种看不见、摸不着的特殊物质，磁体、电流、运动电荷或变化电场周围空间均伴随着磁场。磁性材料置于磁场中，具有磁力势能，通过磁力势能与动能之间相互转化可以驱动磁体产生运动。磁能具有非接触、低损耗等优点，在驱动调控、微纳机器人操控等领域具有显著的应用前景。普通磁体周围的磁场的空间分布形式固定，并且不随时间变化。科学研究及工程实际中，通常需要在空间上满足特定场强分布的随时间变化的磁场。例如，麻省理工大学赵选贺团队打印了一系列具有任意复杂结构和任意磁畴分布的软机器，编程好的磁畴会根据外加磁场旋转，使整个软机器做出快速的复杂的形变。这里，要驱动整个软机器做出连续的变形运动，施加的磁场在空间上需满足特定的分布，且是随时间变化的。本研究中，磁场是研究人员拿着永磁铁靠近或者远离磁性软机器来驱动机器变形并产生运动的。然而随着该研究领域的逐渐发展成熟，必然需要一种可编程的磁场强度调节系统，可实时调节一定空间内任意局部区域内的磁场强度。目前，还未研究设计出一种简便的空间磁场分布调节器。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种磁场强度的调节装置及磁流体阵列的分布状态的调节装置，以解决上述的至少一项技术问题。
(二)技术方案
本发明实施例的一方面，提供了一种磁场强度的调节装置，包括：
磁场强度调节模块，包括至少一个磁场强度调节单元，各所述磁场强度调节单元包括一永磁铁，所述磁场强度调节单元随着所述永磁铁的位置调节该永磁铁上方预定区域的磁场强度；
控制模块，用于控制所述磁场强度调节所述永磁铁的位置。
在本发明的一些实施例中，至少一个磁场强度调节单元按照m行n列、以周期分布，形成m×n阵列，m＞0，n＞0。
在本发明的一些实施例中，所述磁场强度调节单元还包括一位移器，所述位移器为中轴位置设置有一中轴棒的腔体，所述中轴棒的顶端与所述永磁铁固定，并在所述腔体中的中轴位置升降。
在本发明的一些实施例中，所述控制模块包括：
第一继电器，包括m个第一单元，用于控制m行位移器的通断；
第二继电器，包括n个第二单元，用于控制n列位移器的通断；
其中，所述第一单元和第二单元通过计算机控制各个位移器的通断，从而控制所述磁场强度调节单元的移动方向。
在本发明的一些实施例中，所述m×n阵列、m个第一单元和n个第二单元形成一个m行通路、n列通路的二维通路；各行通路中，所述m×n阵列中的m行位移器的第一端互相串联，并通过一第一单元与电源负极连接；各列通路中，所述m×n阵列中的n列位移器的第二端互相串联，并通过一第二单元与电源正极连接，所述电源为所述位移器供电。
在本发明的一些实施例中，所述二维通路的行列交叉节点处各设置有一个二极管，所述二极管的正极串联，并通过所述n个第二单元连接电源正极；所述二极管的负极连接所述位移器的第二端。
在本发明的一些实施例中，当第i行通路连接的第一单元与第j列通路连接的第二单元同时通电，所述中轴棒向上移动，调节第i行第j列的磁场强度调节单元上方的预定区域的磁场强度；否则所述中轴棒自然回落直至所述中轴棒的上表面与所述腔体的上表面重合，0＜i≤m，0＜j≤n。
在本发明的一些实施例中，所述腔体为塑料材质，所述中轴棒的上表面与所述腔体的上表面之间的高度差H满足0≤H≤h，h为腔体的高度。
在本发明的一些实施例中，所述预定区域与所述腔体的上表面的高度差不大于h+2cm。
在本发明的一些实施例中，所述磁场强度调节模块还包括一支撑板，用于放置所述m×n阵列。
本发明实施例的另一方面，还提供了一种磁流体阵列的分布状态的调节装置，其包括：
包含至少一个单胞的磁流体阵列，所述单胞包括互连的两个空腔，所述空腔内充有一预定体积的磁流体；
前述的磁场强度的调节装置，各磁场强度调节单元分别位于所述单胞的下方，调节所述磁场强度调节单元上方的磁场强度，从而调节各单胞中的磁流体的分布状态。
(三)有益效果
本发明的磁场强度的调节装置及磁流体阵列的分布状态的调节装置，相较于现有技术，至少具有以下优点之一：
1、通过调节所述永磁铁的位置来调节该永磁铁上方预定区域的磁场强度，操作简单，易于实现。
2、用于调节永磁铁位置的控制模块包括第一继电器和第二继电器，将其与位移器连接，形成一个二维通路。且控制模块的编程基于继电器的通讯协议，易于实现，能够实现高度化的控制系统，以便对位移器实现更精确的控制。
3、该磁场强度的调节装置的应用范围较广，普适性极强，例如可以调节与之相对放置的磁流体阵列的分布状态。
附图说明
图1为本发明实施例的磁场强度调节单元在调节其磁场强度前后的示意图；
图2为本发明实施例的磁场强度调节阵列的排列示意图；
图3为本发明实施例的磁场强度的调节装置的电路示意图。
图4为本发明实施例的磁流体阵列的分布状态的调节装置的结构示意图。
附图标记说明：
1-位移器；11-腔体；12-中轴棒；2-永磁铁；3-第一继电器、第二继电器。
具体实施方式
现有技术尚未研究设计出一种简便的空间磁场分布调节器，为了更方便地调节特定区域的磁场强度，本发明提供了一种磁场强度的调节装置，包括：磁场强度调节模块，包括至少一个磁场强度调节单元，各所述磁场强度调节单元包括一永磁铁，所述磁场强度调节单元随着所述永磁铁的位置调节该永磁铁上方预定区域的磁场强度；控制模块，用于控制所述磁场强度调节所述永磁铁的位置。此外，本发明还提供了一种磁流体阵列的分布状态的调节装置，其包括：包含至少一个单胞的磁流体阵列，所述单胞包括互连的两个空腔，所述空腔内充有一预定体积的磁流体；以及前述的磁场强度的调节装置，各磁场强度调节单元分别位于所述单胞的下方，调节所述磁场强度调节单元上方的磁场强度，从而调节各单胞中的磁流体的分布状态。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明实施例的一方面，提供了一种磁场强度的调节装置，图1为本发明实施例的磁场强度调节单元在调节其磁场强度前后的示意图，如图1所示，所述磁场强度调节单元还包括一位移器1，所述位移器1可以为中空结构的长方体(也可以为圆柱体或者其他形状)，其中轴位置设置有一中轴棒12(包括但不限于圆柱体)的腔体11，所述中轴棒12的顶端与所述永磁铁2固定，并在所述腔体11中的中轴位置升降，由此带动永磁体上下移动。
一般来说，中轴棒12的上表面与所述腔体11上表面之间的高度差范围H可以为0～h，h为腔体11的高度，这是因为中轴棒12的高度应该小于腔体11的高度，由此，中轴棒12的上表面才能恰好位于腔体11的上表面处，即位于中轴棒12上表面的永磁体恰好位于腔体11的上表面处，以便调节永磁体上方预定区域的磁场强度。当中轴棒12的下表面恰好位于腔体11的上表面时，此时永磁体位于最高处。
为了使得预定距离的磁场强度的调节效果更明显，本发明实施例的预定区域与所述永磁体的上表面的高度差不大于2cm。因此，预定区域与所述腔体的上表面的高度差不大于h+2cm。
本发明实施例的腔体11优选为塑料材质或者其他不具有磁性的材料，从而防止该腔体11与永磁体互相吸引或者排斥，干涉预定区域的磁场强度的分布。
如图1所示，当在状态1时，永磁体与腔体11的上表面的高度差为3cm；当永磁体随着中轴棒12向上移动2cm之后，到达状态2时，此时永磁体与腔体11的上表面的高度差为5cm。在本发明实施例中，腔体11的高度为5cm，也就是说，在状态2时，永磁体已经到达最高位置。图1中标识的预定位置即最高位置往上2cm的区域，明显可见，状态1在该预定位置的磁场强度明显弱于状态2时该预定位置的磁场强度。
在本发明一实施例中，至少一个磁场强度调节单元可以按照m行n列、以周期分布，形成m×n阵列，m＞0，n＞0。
此外，为了放置磁场强度调节模块，图2为本发明实施例的磁场强度调节阵列的排列示意图，如图2所示，本发明实施例的磁场强度的调节装置还可以包括一支撑板，从而使得该磁场强度的调节装置更易于排列整齐。
进一步的，控制模块包括：
第一继电器3，包括m个第一单元，用于控制m行位移器1的通断；
第二继电器3，包括n个第二单元，用于控制n列位移器1的通断；
其中，所述第一单元和第二单元通过计算机控制各个位移器1的通断，从而控制所述磁场强度调节单元的移动方向。
基于第一继电器3和第二继电器3的通讯协议，可以编写通断电状态选择软件，从而以编程的方式控制磁场强度调节阵列中任意一个磁场强度调节单元的状态。设计的通断电状态选择软件的控制面板设计本发明不作要求。需要说明的是，本发明中的控制模块可以采用现有技术中的控制程序即可实现，因此其不涉及程序的改进。
图3为本发明实施例的磁场强度的调节装置的电路示意图，如图3所示，所述m×n阵列、m个第一单元和n个第二单元形成一个m行通路、n列通路的二维通路；各行通路中，所述m×n阵列中的m行位移器的第一端互相串联，并通过一第一单元与电源负极连接；各列通路中，所述m×n阵列中的n列位移器1的第二端互相串联，并通过一第二单元与电源正极连接，所述电源为所述位移器1供电。
所述二维通路的行列交叉节点处各设置有一个二极管，从而保证电流只能单向的经过该交叉节点处的位移器。所述二极管的正极串联，并通过所述n个第二单元连接电源正极；所述二极管的负极连接所述位移器1的第二端，即，在每一列通路中，每个二极管位于该第二单元与每个位移器之间。
当第i行通路连接的第一单元与第j列通路连接的第二单元同时通电，所述中轴棒12向上移动，调节第i行第j列的磁场强度调节单元上方的预定区域的磁场强度；否则(当第i行通路连接的第一单元与第j列通路连接的第二单元并未同时通电时)，所述中轴棒自然回落直至所述中轴棒的上表面与所述腔体的上表面重合，即中轴棒此时应位于其能到达的最低的位置，0＜i≤m，0＜j≤n。
本发明实施例的另一方面，还提供了一种磁流体阵列的分布状态的调节装置，其包括：
包含至少一个单胞的磁流体阵列，所述单胞包括互连的两个空腔，所述空腔内充有一预定体积(可以为部分填充，也可以为全部填充)的磁流体；
前述的磁场强度的调节装置，各磁场强度调节单元分别位于所述单胞的下方，调节所述磁场强度调节单元上方的磁场强度，从而调节各单胞中的磁流体的分布状态。
图4为本发明实施例的磁流体阵列的分布状态的调节装置的结构示意图，如图4所示，放置在磁场强度调节模块正上方的是一块周期材料，其代表单胞含有两个空腔，空腔之间相互连通。单胞中的一个空腔内充满磁流体，通过控制磁流体在不同单胞内的分布，可以调控整块材料的质量分布状态，最终实现对声波或弹性波传播规律的调控。借助本发明所述的磁场强度的调节装置，可以实现对该周期材料内磁流体分布状态的实时调控，具体实施过程表述如下：
将该周期材料与磁场强度调节单元的排列方式相同，使其放置于磁场强度的调节装置上方，保证每一个空腔刚好位于一个永磁铁2正上方。当某一空腔下方的永磁铁2在位移器1的控制下上升靠近空腔时，该空腔处的磁场信号增强，使得该单胞内的磁流体受吸引聚集在该空腔内。由于每一个永磁铁2的升降状态彼此独立，通过控制系统可控制每一单胞内的磁流体分布状态。
综上，本发明的磁场强度的调节装置及磁流体阵列的分布状态的调节装置，通过调节所述永磁铁的位置来调节该永磁铁上方预定区域的磁场强度，操作简单，易于实现。且用于调节永磁铁位置的控制模块包括第一继电器和第二继电器，将其与位移器连接，形成一个二维通路。此外，控制模块的编程基于继电器的通讯协议，能够实现高度化的控制系统，以便对位移器实现更精确的控制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本发明的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种磁场强度的调节装置，包括：
磁场强度调节模块，包括至少一个磁场强度调节单元，各所述磁场强度调节单元包括一永磁铁，所述磁场强度调节单元随着所述永磁铁的位置调节该永磁铁上方预定区域的磁场强度；
控制模块，用于控制所述磁场强度调节所述永磁铁的位置。
2.根据权利要求1所述的磁场强度的调节装置，其中，至少一个磁场强度调节单元按照m行n列、以周期分布，形成m×n阵列，m＞0，n＞0。
3.根据权利要求2所述的磁场强度的调节装置，其中，所述磁场强度调节单元还包括一位移器，所述位移器为中轴位置设置有一中轴棒的腔体，所述中轴棒的顶端与所述永磁铁固定，并在所述腔体中的中轴位置升降。
4.根据权利要求3所述的磁场强度的调节装置，其中，所述控制模块包括：
第一继电器，包括m个第一单元，用于控制m行位移器的通断；
第二继电器，包括n个第二单元，用于控制n列位移器的通断；
其中，所述第一单元和第二单元通过计算机控制各个位移器的通断，从而控制所述磁场强度调节单元的移动方向。
5.根据权利要求4所述的磁场强度的调节装置，其中，所述m×n阵列、m个第一单元和n个第二单元形成一个m行通路、n列通路的二维通路；各行通路中，所述m×n阵列中的m行位移器的第一端互相串联，并通过一第一单元与电源负极连接；各列通路中，所述m×n阵列中的n列位移器的第二端互相串联，并通过一第二单元与电源正极连接，所述电源为所述位移器供电。
6.根据权利要求5所述的磁场强度的调节装置，其中，所述二维通路的行列交叉节点处各设置有一个二极管，所述二极管的正极串联，并通过所述n个第二单元连接电源正极；所述二极管的负极连接所述位移器的第二端。
7.根据权利要求6所述的磁场强度的调节装置，其中，当第i行通路连接的第一单元与第j列通路连接的第二单元同时通电，所述中轴棒向上移动，调节第i行第j列的磁场强度调节单元上方的预定区域的磁场强度；否则，所述中轴棒自然回落直至所述中轴棒的上表面与所述腔体的上表面重合，0＜i≤m，0＜j≤n。
8.根据权利要求3所述的磁场强度的调节装置，其中，所述腔体为塑料材质，所述中轴棒的上表面与所述腔体的上表面之间的高度差H满足0≤H≤h，h为腔体的高度。
9.根据权利要求8所述的磁场强度的调节装置，其中，所述预定区域与所述腔体的上表面的高度差不大于h+2cm。
10.根据权利要求2所述的磁场强度的调节装置，其中，所述磁场强度调节模块还包括一支撑板，用于放置所述m×n阵列。
11.一种磁流体阵列的分布状态的调节装置，其包括：
包含至少一个单胞的磁流体阵列，所述单胞包括互连的两个空腔，所述空腔内充有一预定体积的磁流体；
如权利要求1至10中任一所述的磁场强度的调节装置，各磁场强度调节单元分别位于所述单胞的下方，调节所述磁场强度调节单元上方的磁场强度，从而调节各单胞中的磁流体的分布状态。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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