CN111025207B - 一种测量静磁力的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量静磁力的方法及装置，该方法为：在永磁体和导磁柱之间，放置不同厚度阻隔片，拨动拨杆使得弹簧秤位置下降，并且读数小于0，然后拨杆微转动螺杆提拉弹簧秤，使得弹簧秤的读数取得最大值，此时弹簧秤读数为对应相应厚度的阻隔片厚度也就是永磁体和导磁体之间空气间隔的静磁力。所采用的装置包含：支撑系统、拉力测量系统、静磁场固定系统等部分构成。静磁场固定系统：由两个静磁场支撑块及两个压块构成，压块将含有永磁体的反射镜固定于静磁场支撑块上。本发明提出了一种静磁力的测量方法和测量装置，并通过测量给出了一种实例的静磁力学模型，应用在永磁体和软磁材料之间静磁力的测量，也可以应用在拉应力测量等场合。

Description

一种测量静磁力的方法及装置
技术领域
本发明涉及磁力测量的技术领域，具体涉及一种测量静磁力的方法和装置。
背景技术
磁性材料从性能和使用的方面来说，按矫顽力的大小分为软磁材料和硬磁材料两大类。矫顽力很小的叫软磁材料，矫顽力大的叫做硬磁材料，软磁材料适用于交变磁场中，比如电感元件、变压器、电动机、发电机等的铁芯都是软磁材料制作的。硬磁材料又可以成为永磁体，能够在外加磁场撤销后保留较强的剩余磁化强度，可以产生稳恒的磁场。利用电磁场驱动的系统可以大致分为两类，一类为永磁体运动，线圈固定称之为动磁式，另一类为线圈运动，永磁体固定称之为动圈式。无论在动磁驱动系统中还是在动圈驱动系统中，主体都是由永磁体和包含软磁材料的线圈构成，在线圈中没有输入电流时，只存在永磁体和线圈中软磁体(称为导磁柱)的相互作用力，称之为静磁力，是由于，永磁体的磁场使得导磁柱磁化后产生的磁场与永磁体的磁场的相互作用。
有些计算静磁力的模型，比如磁荷法，但是对要计算分析的磁场有限制要求，要求针对两个无限大平板磁体之间的磁场作用力进行计算，模型中没有两者之间的间隔作为参量。此模型不能计算有限小尺寸的磁场之间作用力，而且也不能给出不同间隔情况下静磁力结果。而不同间隔所对应的静磁力往往是应用场合所关心的。
还有就是利用电磁线圈互感产生的磁通量和永磁体磁通量之间来进行类比计算，这种方法可以给出不同的间隔对应的力，但这种方法是类比移植的，计算的值往往大的令人难以置信。现有的方法不能给出准确的模型和数值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术不足，提供一种测量静磁力的方法及装置，能够解决有一定间隔的永磁体和软磁体之间的静磁力测量问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种测量静磁力的装置，包含永磁体固定系统、间隔微调与测力系统及支撑系统等3个分部件。每个分部件的作用分别是：永磁体固定系统将包含永磁体的部件永磁体载体固定在光学平台上，永磁体可以沿x、y方向做位置调整，以便和软磁体对准。间隔微调与测力系统内包含一个弹簧秤，其作用是负责给出拉力的读数值，间隔微调与测力系统的连接柱用来固定软磁体，间隔微调与测力系统的螺杆能够带动软磁体做精确的上下位置调整，上下调整时弹簧秤显示的拉力会发生变化，上下调节通过拨动拨杆使得螺杆相对支撑系统运动实现。支撑系统固定间隔微调与测力系统，调整支撑系统的横梁凹槽位置可以实现间隔微调与测力系统沿y方向的位置调整，调整支撑系统的纵梁上的凹槽能够使得间隔微调与测力系统沿x方向做位置调整。调整间隔微调与测力系统沿 x、y两个方向的位置为了调整永磁体和软磁体在x、y两个方向坐标位置重合，使得软磁体轴线、弹簧秤的拉力方向以及静磁力的方向在一条轴线上。软磁体和永磁体对准后，将已知厚度的阻隔片放置在永磁体上，阻隔片要求为非磁性材料并且难以压缩，放上阻隔片后，旋转拨杆使得螺杆下降，观测弹簧秤的读数由正变为负，然后反向旋转拨杆使得弹簧秤的读数出现正的最大值，记录此最大值即为静磁力值。由于软磁体与永磁体之间的间隔越小静磁力越大，软磁体刚刚离开阻隔片表面的临界位置产生最大值，此时弹簧秤的拉力与静磁力平衡，并且由于阻隔片无法压缩，此时的阻隔片厚度等于间隔，也就测量出对应间隔的静磁力。
进一步地，所述的永磁体固定系统包括有永磁体垫块、压块，永磁体垫块包含横凹槽和纵凹槽，横凹槽使得能够沿y方向调节永磁体载体位置，对永磁体载体在x方向限位，纵凹槽使得能够沿x方向调节永磁体载体位置，对永磁体载体在y方向限位。
进一步地，所述的间隔微调与测力系统由拨杆，螺杆，吊环，秤杆，弹簧秤构成。螺杆穿过纵梁的螺孔，并与之组成螺纹副，转动拨杆可以使得螺杆沿z方向移动，调节永磁体和导磁柱之间的间隙；吊环与螺杆配合并能产生相对滑动，秤杆通过上横杆与吊环相连并能绕轴转动，秤杆通过下横梁与弹簧秤的安装孔相连，并且弹簧秤可以绕下横杆转动，弹簧秤的下连接柱与导磁柱相固连。
进一步地，所述的支撑系统作用为间隔微调与测力系统提供支撑与定位，由两个支撑桥和一个纵梁构成，纵梁的凹槽与支撑桥螺孔相连，并且凹槽做成卵圆形可以使得纵梁沿x方向调整位置，带动隔微调与测力系统沿x方向调整位置。
进一步地，所述的支撑桥，由两个横梁和两个支柱固连构成，螺孔用来固定纵梁,凹槽用来使得支撑桥固定于光学平台上，并且可以沿y方向进行位置调整。
一种测量静磁力的方法，利用上述的装置完成软磁体和永磁体对准后，进行静磁力测量的步骤和方法如下：将已知厚度的阻隔片放置在永磁体上，阻隔片材料特征为非磁性材料并且难以压缩，放上阻隔片后，旋转拨杆使得螺杆下降，观测弹簧秤的读数由正变为负，然后反向旋转拨杆使得弹簧秤的读数出现正的最大值，记录此最大值即为静磁力值；用阻隔片厚度来等效间隔，由于软磁体与永磁体之间的间隔越小静磁力越大，软磁体刚刚离开阻隔片表面的临界位置产生最大值，此时弹簧秤的拉力与静磁力平衡，并且由于阻隔片无法压缩，此时的阻隔片厚度等于间隔，最大拉力值为对应间隔的静磁力。
进一步地，提出的静磁力模型为f1＝a-b·r，其中f1为静磁力，a为间隔为0时对应的静磁力值，b为斜率，r为间隔，静磁力f1与间隔r成线性关系。
本发明与现有技术相比所具有的优点是：能够准确的获得永磁体和软磁体之间有一定间隔时的静磁力测量值，并给出准确的计算模型。采用阻隔片厚度等效永磁体和软磁体之间的间隔，使得测量间隔更准确，并能使间隔保持恒定，不采用阻隔片无法做到这一点，并且利用拉力和静磁力在对应间隔时达到临界平衡状态时拉力取得最大值这一原理，能使得静磁力的测量准确性高。本发明的一种测量静磁力的方法及装置可实现永磁体和软磁材料之间静磁力的测量，也可以应用在拉应力测量等场合。
附图说明
图1本发明中静磁力测量方法示意图；
图2为本发明中静磁力测量装置的整体结构示意图；
图3为本发明中永磁体固定系统结构示意图；
图4为本发明中间隔微调与测力系统结构示意图；
图5为本发明中支撑系统结构示意图；
图6为本发明中支撑桥结构示意图；
图7为本发明的一个测量装置实例测得的静磁力结果拟合曲线。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
图1是对本发明的一种测量静磁力的方法的原理进行的描述，图2对本发明的一种测量静磁力的装置做了整体描述，图3是对测量静磁力的装置的永磁体固定系统，做了详细描述，图4测量静磁力的装置的间隔微调与测力系统做的描述，图5是对测量静磁力的装置的支撑系统做的描述。整个装置由永磁体固定系统50、间隔微调与测力系统60及支撑系统70等3 个分部件构成。永磁体固定系统50将包含永磁体11的部件永磁体载体21固定住，并可以将永磁体11沿x、y方向做位置调整。支撑系统70负责固定间隔微调与测力系统60，并能够使得间隔微调与测力系统60沿x、y方向做位置调整，使得永磁体11和导磁柱在x、y两个方向坐标位置重合，使得线圈9的重力方向、弹簧秤8的拉力f2方向以及静磁力f1的方向在一条轴线上。测量永磁体11与导磁柱10之间的静磁力f1与两者之间间隔r的方法如图 1所示，对测量取一定厚度的阻隔片12，垫在永磁体11上，旋转螺杆4将线圈9逐渐下放到与阻隔片12接触，接触的标志为弹簧秤8的读数由正转为负，反向旋转螺杆4，使得弹簧秤8的读数为最大，导磁柱10与永磁体11之间的间隔越小静磁力越大，导磁柱10刚刚离开阻隔片12表面的临界位置产生最大值，此时弹簧秤8的拉力f2与静磁力f1平衡即，f2＝f1，也就测量出对应阻隔片12厚度r的静磁力f1。
本发明的一种测量静磁力的方法及装置的永磁体固定系统。
永磁体固定系统50，对被测的永磁体11进行固定，永磁体垫块13，对含有永磁体11的部件永磁体载体21进行支撑，两个永磁体垫块13组成一对，其横凹槽13C用来固定于光学平台上，横凹槽13C做成卵圆形为了用来对永磁体载体21在x方向进行限制，可以沿着 y方向对永磁体11进行位置调节。永磁体垫块13的纵凹槽13D用来对永磁体载体21在y 方向进行限制，可以沿着x方向对永磁体11进行位置调节。压块14用来将永磁体载体21 固定在永磁体垫块13上。
本发明的一种测量静磁力的方法及装置的间隔微调与测力系统。
间隔微调与测力系统由拨杆3，螺杆4，吊环5，秤杆6，弹簧秤8构成。螺杆4穿过纵梁7的螺孔7B,螺杆 4和螺孔 7B组成螺纹副，转动拨杆3可以使得螺杆4沿z方向移动从而调节永磁体11和导磁柱10之间的间隙r。吊环5与螺杆配合并能产生相对滑动，秤杆6通过上横杆6A与吊环5相连并能绕轴转动，秤杆通过下横梁6B与弹簧秤8的安装孔8A相连，并且弹簧秤8可以绕6B转动。弹簧秤8的下连接柱8B与线圈9的导磁柱10相固连。
本发明的一种测量静磁力的方法及装置的支撑系统。
支撑系统70作用为间隔微调与测力系统提供支撑与定位。支撑系统由两个支撑桥80和一个纵梁7构成，纵梁7的凹槽7A与支撑桥80的螺孔2C相连，并且凹槽7A做成卵圆形可以使得纵梁7沿x方向调整位置，从而带动隔微调与测力系统60沿x方向调整位置。支撑桥80的凹槽2B可以进行y方向的位置调整。
本发明的一种测量静磁力的方法及装置的支撑桥。
支撑桥80由两个横梁2和两个支柱1固连构成，螺孔2C用来固定纵梁7,凹槽2B用来使得支撑桥固定于光学平台上，并且可以沿y方向进行位置调整。
表1给出了测量时所用阻隔片12的一系列厚度及对应测得的静磁力f1的一系列值：
表1
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
阻隔片厚度r(mm) 0.23 0.25 0.43 0.52 0.55 0.62 0.76 0.81 0.94 1.14 1.19
静磁力(N) 21.1 20.1 19.3 18.3 18.1 17.1 16.0 15.2 14.6 13.2 12.9
图7给出了根据实测结果得出的拟合曲线，从而得到计算静磁力的模型为f1＝a-b·r，其中f1为静磁力，a为阻隔片12厚度为0时对应的静磁力值，b为斜率，r为阻隔片12的厚度，模型给出的关系为静磁力f1与间隔r成线性关系。表1中的测量结果给出的参数为 a＝22.864，b＝8.7439。

Claims (7)

1.一种测量静磁力的装置，其特征在于：包含永磁体固定系统、间隔微调与测力系统及支撑系统等3个分部件，每个分部件的作用分别是：永磁体固定系统将包含永磁体的部件永磁体载体固定在光学平台上，永磁体可以沿x、y方向做位置调整，以便和导磁柱对准；间隔微调与测力系统内包含一个弹簧秤，其作用是负责给出拉力的读数值，间隔微调与测力系统的连接柱用来固定导磁柱，间隔微调与测力系统的螺杆能够带动导磁柱做精确的上下位置调整，上下调整是通过拨动拨杆使得螺杆相对支撑系统运动来实现的，上下调整时弹簧秤显示的拉力会发生变化；支撑系统固定间隔微调与测力系统，支撑系统的横梁上的凹槽可以实现间隔微调与测力系统沿y方向的位置调整，支撑系统的纵梁上的凹槽能够使得间隔微调与测力系统沿x方向做位置调整；调整间隔微调与测力系统沿x、y两个方向的位置是为了调整永磁体和导磁柱在x、y两个方向坐标位置重合，使得导磁柱轴线、弹簧秤的拉力方向以及静磁力的方向在一条轴线上；导磁柱和永磁体对准后，将已知厚度的阻隔片放置在永磁体上，阻隔片要求为非磁性材料并且难以压缩，放上阻隔片后，旋转拨杆使得螺杆下降，观测弹簧秤的读数由正变为负，然后反向旋转拨杆使得弹簧秤的读数出现正的最大值，记录此最大值即为静磁力值；由于导磁柱与永磁体之间的间隔越小静磁力越大，导磁柱刚刚离开阻隔片表面的临界位置产生最大值，此时弹簧秤的拉力与静磁力平衡，并且由于阻隔片无法压缩，此时的阻隔片厚度等于间隔，也就测量出对应间隔的静磁力。
2.根据权利要求1所述的一种测量静磁力的装置，其特征在于：所述的永磁体固定系统包括有永磁体垫块、压块，永磁体垫块包含横凹槽和纵凹槽，横凹槽使得能够沿y方向调节永磁体载体位置，对永磁体载体在x方向限位，纵凹槽使得能够沿x方向调节永磁体载体位置，对永磁体载体在y方向限位。
3.根据权利要求1所述的一种测量静磁力的装置，其特征在于：所述的间隔微调与测力系统包括拨杆，螺杆，吊环，秤杆，弹簧秤，螺杆穿过纵梁的螺孔，并与之组成螺纹副，转动拨杆可以使得螺杆沿z方向移动，调节永磁体和导磁柱之间的间隙；吊环与螺杆配合并能产生相对滑动，秤杆通过上横杆与吊环相连并能绕轴转动，秤杆通过下横梁与弹簧秤的安装孔相连，并且弹簧秤可以绕下横杆转动，弹簧秤的下连接柱与导磁柱相固连。
4.根据权利要求1所述的一种测量静磁力的装置，其特征在于：所述的支撑系统作用是为间隔微调与测力系统提供支撑与定位，由两个支撑桥和一个纵梁构成，纵梁的凹槽与支撑桥螺孔相连，并且凹槽做成卵圆形可以使得纵梁沿x方向调整位置，带动间隔微调与测力系统沿x方向调整位置。
5.根据权利要求4所述的一种测量静磁力的装置，其特征在于：所述的支撑桥，由两个横梁和两个支柱固连构成，螺孔用来固定纵梁，凹槽用来使得支撑桥固定于光学平台上，并且可以沿y方向进行位置调整。
6.一种测量静磁力的方法，其特征在于：利用权利要求1所述的装置完成导磁柱和永磁体对准后，进行静磁力测量的步骤和方法如下：将已知厚度的阻隔片放置在永磁体上，阻隔片材料特征为非磁性材料并且难以压缩，放上阻隔片后，旋转拨杆使得螺杆下降，观测弹簧秤的读数由正变为负，然后反向旋转拨杆使得弹簧秤的读数出现正的最大值，记录此最大值即为静磁力值；用阻隔片厚度来等效间隔，由于导磁柱与永磁体之间的间隔越小静磁力越大，导磁柱刚刚离开阻隔片表面的临界位置产生最大值，此时弹簧秤的拉力与静磁力平衡，并且由于阻隔片无法压缩，此时的阻隔片厚度等于间隔，最大拉力值为对应间隔的静磁力。
7.根据权利要求6所述的一种测量静磁力的方法，其特征在于：提出的静磁力模型为f1=a－b·r，其中f1为静磁力，a为间隔为0时对应的静磁力值，b为斜率，r为间隔，静磁力f1与间隔r成线性关系。
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