CN111537926A - 一种适用于多场景空间磁场的测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种适用于多场景空间磁场的测量系统及测量方法。该测量系统包括控制模块和测量装置；所述的控制模块的组成包括NI多通道数据同步采集卡、计算机和电机驱动控制器，三者顺次相连，所述测量装置包括升降模块、运动模块和移动探头模块；其中，运动模块安装在升降模块上方，移动探头模块固定在运动模块中的Z轴导轨上；所述的运动模块包括同步杆、电机、固定座、X轴导轨、Y轴导轨、导轨卡座、Z轴导轨、滑块和联轴器。本发明能够测量空间上任意方向的磁场大小，该传感器体积小、测量精度高、稳定性好，适用于直流到交流100kHz的宽频带范围，并可用于极微弱磁场的测量。

Description

一种适用于多场景空间磁场的测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及多场景空间磁场测量领域，具体是一种适用于多场景空间磁场的测量系统及测量方法。

背景技术

随着科技的快速发展，各种磁性材料及其产品由于性能优越且生产技术发展成熟，因而在电工装备、医疗设备、航空航天以及无线传能等多个领域内得到广泛应用。但磁体所在的空间环境中的磁场大小及分布对磁性材料的产品性能有一定程度的影响，且由于磁场干扰和电磁辐射的存在使得空间中的漏磁场对人体和周围环境能够造成极大威胁，因此在磁性材料产品工作状态下对其周围磁场进行大小和分布的检测尤为重要。

针对不同应用以及不同磁场强度范围下的磁场测量存在着不同形式的测量传感器，其测量原理有线圈法和霍尔原理等。目前常用手持式磁场测量探头进行环境磁场检测，该方式仅限于测量空间中某一点处的磁场强度，不能稳定、连续、精确、快速的测量某空间范围内磁场分布，所以有必要设计一种适用于多场景空间磁场的测量系统及测量方法，不仅能够根据所设计的路线进行自动化采点，还能够便捷地更换测量探头，且要求能够实现多通道同步采集。

文献(王朝晖.电动汽车无线充电系统电磁屏蔽特性研究)中提供了一种用于空间磁场测量的装置，该装置由机械臂和德国maschek公司生产的三维磁场测量仪组成，其中，机械臂依靠电机控制其运动。在该装置中所使用的测量仪原理为线圈法且只设置了一个探头，则某时间点下只能实现单点信息的采集。此外，该装置固定在桌面上，机械臂的移动范围有限而测量仪探头的体积相对较大，因此会造成操作不便且空间测量区间也会受限。

发明内容

本发明的目的为针对现有技术的不足，提供了一种新型的适用于多场景空间磁场的测量系统及测量方法。该测量系统设计了抽拉式的探头及PCB板放置平台并将多个霍尔传感器以阵列排布的方式固定于其上，可实现多通道数据同步采集且易于更换和固定不同的测量传感器。该测量方法由滑块按照设定的路线移动带动测量传感器移动，在移动过程中阵列排布的多个霍尔传感器测得各点处的磁场强度数据，并传给NI多通道数据同步采集卡进行数据采集。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：

一种适用于多场景空间磁场的测量系统，该测量系统包括控制模块和测量装置；

所述的控制模块的组成包括NI多通道数据同步采集卡、计算机和电机驱动控制器，三者顺次相连，

所述测量装置包括升降模块、运动模块和移动探头模块；其中，运动模块安装在升降模块上方，移动探头模块固定在运动模块中的Z轴导轨上；

所述的升降模块包括升降台、下基板和上基板；

所述的升降台为柱体式电动遥控升降机，其上端面和下端面为边长相同的方形结构；方形下基板和方形上基板边长相同，通过螺钉分别固定于升降台的下端面和上端面；

所述的运动模块包括同步杆、电机、固定座、X轴导轨、Y轴导轨、导轨卡座、Z轴导轨、滑块和联轴器；

所述的上基板的左右两端，各固定有一组固定座，每组固定座上固定有一条X轴导轨，两条X轴导轨平行；两条X轴导轨的后端内侧通过一根同步杆相连，同步杆的一端穿过X轴导轨，通过联轴器与一个电机相连；每条X轴导轨的上方各安装一个滑块，每个滑块上各由螺钉固定有一个导轨卡座，Y轴导轨的两端分别固定在导轨卡座上，并且Y轴导轨垂直于X轴导轨；Y轴导轨一端的上方通过联轴器与一个电机相连；Y轴导轨的一侧固定有一个滑块，滑块上固定有一个固定座，固定座上固定有竖直的Z轴导轨；Z轴导轨顶端的一侧通过联轴器安装有电机；Z轴导轨中部固定有一个滑块，该滑块上安装有移动探头模块；

所述的X轴导轨的结构，包括两根柱形轨道、传送带、导轨外框、两个端部外壳和两个传动轴；导轨外框为两侧有凹槽的长方体框架结构，导轨外框的内部固定有两条相互平行的柱形轨道，导轨外框与两个柱形轨道长度相同，导轨外框与柱形轨道的两端分别安装有一个端部外壳，端部外壳为一端开口的方形结构，开口侧的尺寸与滑轨侧尺寸匹配，两个端部外壳的开口彼此相向(左侧和右侧)；端部外壳(前侧、后侧方向)还设置有圆形通孔，每个圆形通孔内安装有一个传动轴，传送带两端内侧啮合在传动轴表面的齿轮上；

所述的导轨外框主体为中空的柱状结构，横截面主体为两个相向设置的“弓”字形结构；“弓”字形结构的上下端相连，两侧有条状凹槽；导轨外框的顶端各设置有一根柱形轨道，导轨外框的两端各安装有一个端部外壳，端部外壳还设置有圆形通孔，每个圆形通孔内安装有一个传动轴，传送带上部在导轨外框的上表面，下部在导轨外框中空的内部，并且内侧啮合在传动轴表面的齿轮上；

所述的滑块内部的上表面固定于传送带中暴露在表面的一段长度上，滑块内部的左右两端横跨在两根柱形轨道上；

所述的X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨结构相同；

所述的移动探头模块的结构如包括伸缩连接杆、连接首座、托盘首端、托盘尾端、抽拉杆、连接尾座、传感器阵列中的霍尔传感器、PCB板；

所述的连接首座通过螺钉横向固定于安装在Z轴导轨的滑块上，其侧面一端连接了两根三段式伸缩连接杆的首端，两根伸缩连接杆的尾端与连接尾座相连，连接尾座由螺钉与托盘首端的一侧连接，托盘首端另一侧设置有抽拉孔，抽拉孔内设置有抽拉杆，抽拉杆的另一端和托盘尾端相连；将抽拉杆拉出后，在托盘上放置PCB板，托盘首端及尾端的直角形卡角用于卡住PCB板的四角，多个霍尔传感器以阵列排布的方式安装在矩阵式PCB板上；

所述的传感器阵列为N*X形式，N≤6，X≤2。

其中，NI多通道数据同步采集卡与各个霍尔传感器分别相连；电机驱动控制器与各个电机分别相连；

所述的适用于多场景空间磁场的测量系统的测量方法，包括以下步骤：

步骤一：确定不同的应用场景，即1)场景1：点测量；2)场景2：直线一维区域测量；3)场景3：平面二维区域测量；4)场景4：空间三维区域测量；然后根据所测量场景的不同，制定相应的测量轨迹、测量点数量、传感器定点停留时间、霍尔传感器的个数与阵列排布方式以及探头放置平台与伸缩连接杆的连接方式；

步骤二：针对场景1，将具有霍尔传感器(阵列形式为1*1)安装于矩阵式PCB板的最外侧位置，同时将探头放置平台与伸缩连接杆正接；针对场景2，将多个霍尔传感器(阵列形式为N*X，N≤6，X＝1)安装于矩阵式PCB板上，同时将探头放置平台与伸缩连接杆正接；针对场景3与场景4，将多个霍尔传感器(阵列形式为N*X，N≤6，X≤2)安装于矩阵式PCB板上，同时将探头放置平台与伸缩连接杆前接或后接；

步骤三：根据步骤一中所制定的测量轨迹与测量点的数量，规定霍尔传感器的初始位置，调节升降台的高度和伸缩连接杆的长度，使得霍尔传感器位于初始位置后开始测量；

步骤四：计算机向电机驱动控制器发送电机控制信号，电机驱动控制器根据接收到的指令对测量装置中的电机发送脉冲信号使其传动，带动与电机相连的传动轴及传送带一起转动，进而带动固定在传送带上的滑块按照预设轨迹移动；当为场景4中的空间三维区域，完成同一水平面各测量点的磁场测量后，改变Z轴的坐标，进而测量与此Z轴坐标对应的水平面测量点的磁场；

步骤五：在滑块按照预定轨迹移动的过程中，霍尔传感器将会在预定测量点处短暂停留10^-5s～0.05s，并测量点的磁场强度，实时传送到NI多通道数据同步采集卡，此步骤沿预设轨迹中各测量点依次进行直至所有测量点均完成磁场测量；

步骤六：NI多通道数据同步采集卡将步骤五中所采集的数据上传至计算机，将霍尔传感器所测三轴方向磁场进行矢量合成，形成真实的空间磁场分布图像。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)本发明为了更加贴近实际的反映空间磁场分布，测量探头采用基于霍尔效应原理的三维磁场测量传感器，能够测量空间上任意方向的磁场大小，该传感器体积小、测量精度高、稳定性好，适用于直流到交流100kHz的宽频带范围，并可用于极微弱磁场的测量。

(2)本发明设计了一种抽拉式探头及PCB板放置平台，该平台将抽拉杆21隐藏于托盘首端19内部，平台的四角设有直角形卡角用于固定传感探头及PCB板，通过拉动抽拉杆调节托盘整体长度，此设计不仅可以根据需要放置不同尺寸的PCB板26，以便能够更加便捷的增减所用的三维磁场测量传感器数目，而且可以更换和固定如线圈法等不同原理和不同结构尺寸的传感探头，也为实验操作节省空间。

(3)本发明的测量探头将多个三维磁场测量传感器25以阵列排布的方式安装到矩阵式PCB板26上，此结构采用多点多通道数据并行同步采集，避免因串行采集不同传感器数据导致的时间差，造成各点数据不同步的测量错误，进而加快测量进度，提高整体测量效率与准确性。

(4)本发明通过螺钉23将连接尾座24与探头放置平台连接，且在托盘首端19的三个侧面均设置有螺纹孔，该设计能够实现改变连接尾座与探头放置平台的连接方式，并且可灵活调节三维磁场传感器25的阵列排布方式以适应不同的实际测量场景，实现点、线、面以及体的空间磁场测量。即存在三种探头排列方式可满足三种磁场测量方式。

(5)本发明的连接杆采用伸缩连接杆14，通过连接首座17和连接尾座24分别与滑块16和探头放置平台连接，伸缩型的连接杆设计能够进一步增强连接杆的机械强度和稳定性，提高测量的可靠性，并且可以满足圆周一定区域内的空间磁场测量，适用于形状更为复杂的电工装备，相较普通的连接杆测量空间范围更广。

附图说明

图1为本发明一种实施例的测量系统结构连接示意图；

图2为本发明一种实施例的测量装置立体结构示意图；

图3为本发明一种实施例的测量装置中的运动模块和移动探头模块连接后的立体结构示意图；

图4为本发明一种实施例的测量装置中运动模块和移动探头模块连接后的结构俯视图；

图5为本发明一种实施例的测量装置中X轴导轨的结构示意图；

图6为本发明一种实施例的测量装置中X轴导轨的侧面剖视图；

图7为本发明一种实施例的测量装置中导轨外框的侧面剖视图；

图8为本发明一种实施例的测量装置中的移动探头模块结构正视图；

图9为本发明一种实施例的测量装置中的探头放置平台立体结构示意图；

图10为本发明一种实施例的测量装置中的移动探头模块立体结构局部示意图；

图11为本发明一种实施例的测量装置中的探头放置平台与伸缩连接杆正接时的结构正视图；

图12为本发明一种实施例的测量装置中的探头放置平台与伸缩连接杆前接时的结构正视图；

图13为本发明一种实施例的测量装置中的探头放置平台与伸缩连接杆后接时的结构正视图；

图14为本发明一种实施例的测量方法中进行点测量时的磁感应强度三维矢量分析图；

图15为本发明一种实施例的测量方法中对直线一维区域测量(取待测点个数为10，传感器阵列为5*1)的传感器移动轨迹图；

图16为本发明一种实施例的测量方法中对平面二维区域测量(取待测点个数为8*10，传感器阵列为4*1)的传感器移动轨迹图；

图中：1、空间磁场测量装置；2、NI多通道数据同步采集卡；3、计算机；4、电机驱动控制器；5、升降台；6、下基板；7、上基板；8、同步杆；9、电机；10、固定座；

11、X轴导轨；111、柱形轨道；112、传送带；113、导轨外框；114、端部外壳；115、传动轴；

12、Y轴导轨；13、导轨卡座；14、伸缩连接杆；15、Z轴导轨；16、滑块；17、连接首座；18、联轴器；19、托盘首端；20、托盘尾端；21、抽拉杆；22、螺纹孔；23、螺钉；24、连接尾座；25、霍尔传感器；26、PCB板；

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种适用于多场景空间磁场的测量系统及测量方法，其中测量系统包括控制模块和测量装置；

所述的控制模块的组成如图1所示，包括NI多通道数据同步采集卡2、计算机3和电机驱动控制器4且顺次相连，其中，NI多通道数据同步采集卡2与霍尔传感器25相连；电机驱动控制器4与电机9相连；

NI多通道数据同步采集卡2采用PCI-6255型号；用于采集测量装置中的霍尔传感器25的测量数据并传至计算机3；

计算机3应采用安装有LabVIEW软件的计算机；用于控制NI多通道数据同步采集卡2的采集信号及向电机驱动控制器4释放驱动信号；

电机驱动控制器4采用Risym TB6600型号；用于驱动和调控测量装置中的电机9转动；

所述的控制模块设置在测量装置旁边的实验操作台上。

所述测量装置如图2所示，包括升降模块、运动模块和移动探头模块；其中，运动模块安装在升降模块上方，移动探头模块固定在运动模块中的Z轴导轨上；

所述的升降模块包括升降台5、下基板6和上基板7；

所述的升降台5采用三节柱体式电动遥控升降机为公知器件，其上端面和下端面为边长相同的方形结构；方形下基板6和方形上基板7边长相同，通过螺钉分别固定于升降台5的下端面和上端面，且下基板6及上基板7的边长均大于升降台5的下端面和上端面的边长；其中，升降台5、下基板6和上基板7均采用耐振动、耐腐蚀的高强度钢板；

所述的运动模块包括同步杆8、电机9、固定座10、X轴导轨11、Y轴导轨12、导轨卡座13、Z轴导轨15、滑块16和联轴器18；

所述的上基板7的左右两端，各固定有一组固定座10(每组两个)，每组固定座10上固定有一条X轴导轨11，两条X轴导轨11平行；两条X轴导轨11的后端内侧通过一根同步杆8相连，同步杆8的一端穿过X轴导轨11，通过联轴器18与一个电机9相连；每条X轴导轨11的上方各安装一个滑块16，每个滑块16上各由螺钉固定有一个导轨卡座13，Y轴导轨12的两端分别固定在导轨卡座13上，并且Y轴导轨12垂直于X轴导轨11；Y轴导轨12一端的上方通过联轴器18与一个电机9相连；Y轴导轨12的一侧(正面)固定有一个滑块16，滑块16上固定有一个固定座10，固定座10上固定有竖直的Z轴导轨15；Z轴导轨15顶端的内侧(左侧)通过联轴器18安装有电机9；Z轴导轨15的内侧(正面)固定有一个滑块16，该滑块16上安装有移动探头模块；

即运动模块共有四个滑块16、五个固定座10、三个联轴器18连接了三个电机9，四个滑块分别安装在四个导轨上，四个固定座用于将两个X轴导轨固定在上基板7上方，另外一个固定座安装在Y轴导轨12上的滑块上，每个联轴器18均连接了一个电机9，分别固定于图3中右端的X轴导轨的前端、Y轴导轨右端的上方和Z轴导轨上方的左侧；

所述的电机9通过联轴器18与导轨相连，用于带动导轨上的传动轴运动，进而带动固定在传送带上的滑块16移动；同步杆8用于设定两个X轴导轨的传动轴同步运动，从而使上方的滑块同步运行；X轴导轨上方的两个滑块16用于带动Y轴导轨12移动，Y轴导轨侧面的滑块用于带动Z轴导轨15移动，Z轴导轨正面的滑块用于带动移动探头模块按照设定的路线移动；

所述的X轴导轨11的结构示意图如图5、图6所示，由两根柱形轨道111、传送带112、导轨外框113、两个端部外壳114和两个传动轴115组成；导轨外框113为两侧有凹槽的长方体框架结构，导轨外框113的内部固定有两条相互平行的柱形轨道111，导轨外框113与两个柱形轨道111长度相同，导轨外框113与柱形轨道111的两端分别安装有一个端部外壳114，端部外壳114为一端开口的方形结构，开口侧的尺寸与滑轨侧尺寸匹配，两个端部外壳114的开口彼此相向(左侧和右侧)；端部外壳114(前侧、后侧方向)还设置有圆形通孔，每个圆形通孔内安装有一个传动轴115，传送带112两端内侧啮合在传动轴115表面的齿轮上；

所述的导轨外框113的侧面剖视图如图7所示，导轨外框113主体为中空的柱状结构，横截面主体为两个相向设置的“弓”字形结构；“弓”字形结构的上下端相连(左侧的“弓”状，右侧为其投影状；“弓背”的间距为皮带的宽度)，两侧有条状凹槽；导轨外框113的顶端各设置有一根柱形轨道111，(图7顶部的左右朝向的“倒L”部分为本实施例中柱形轨道111的限位结构，但不限于此)导轨外框113的两端各安装有一个端部外壳114，端部外壳114(前侧、后侧方向)还设置有圆形通孔，每个圆形通孔内安装有一个传动轴115，传送带112上部在导轨外框113的上表面，下部在导轨外框113中空的内部，并且内侧啮合在传动轴115表面的齿轮上；

所述的滑块16内部的上表面固定于传送带112中暴露在表面的一段长度上，滑块16内部的左右两端横跨在两根柱形轨道111上；

当电机9收到电机驱动控制器4发送的信号开始转动后，带动与电机9相连的传动轴115转动，传动轴115通过啮合关系带动传送带112移动，进而带动固定于传送带112上的滑块沿着两根柱形轨道111滑动；

所述的X轴导轨11、Y轴导轨12和Z轴导轨15结构相同，不同之处仅在于导轨的长度，其中两个X轴导轨和Y轴导轨的结构和尺寸完全相同，其柱形轨道111和导轨外框113的长度为600mm，Z轴导轨的柱形轨道111和导轨外框113的长度为300mm；

所述的移动探头模块的结构如图8、图9、图10所示，包括伸缩连接杆14、连接首座17、托盘首端19、托盘尾端20、抽拉杆21、连接尾座24、霍尔传感器25、PCB板26；

所述的连接首座17通过螺钉横向固定于安装在Z轴导轨15的滑块上，其侧面一端连接了两根三段式伸缩连接杆14的首端，两根伸缩连接杆的尾端与连接尾座24相连，连接尾座由螺钉与托盘首端19的侧面或正面连接，托盘首端19另一侧设置有抽拉孔，抽拉孔内设置有抽拉杆21，抽拉杆21的另一端和托盘尾端20相连，将抽拉杆21拉出后，在托盘上放置PCB板，托盘首端及尾端的直角形卡角用于卡住PCB板的四角，多个霍尔传感器25以阵列排布的方式安装在矩阵式PCB板26上；

优选地，所述的霍尔传感器25选用Ametes MFS-3A型号，是一种基于霍尔效应原理的三维磁场测量传感器，能够测量空间上任意方向的磁场大小，且传感器体积小、测量精度高、稳定性好，适用于直流到交流100kHz的宽频带范围，并可用于极微弱磁场的测量；将多个霍尔传感器25以阵列排布的方式安装到矩阵式PCB板26上的结构可满足多点多通道数据并行同步采集，避免因串行采集不同传感器数据导致的时间差，造成各点数据不同步的测量错误，进而加快测量进度；传感器阵列为N*X形式，其中N和X均为可变参数，参数N表示PCB板的长边方向所放置的霍尔传感器数目，参数X表示PCB板的短边方向所放置的霍尔传感器数目，且根据该设计中的尺寸要求有以下参数限制：N≤6，X≤2，两者的具体数值可根据测量需要进行调节。本装置在说明书附图中的参数取值为N＝6，X＝1。

所述的伸缩连接杆14为三段式伸缩结构(如图8所示)，在制作过程中将伸缩连接杆14与连接首座17及连接尾座24设计为一体化的结构，其中，连接首座17为长方形结构，其长边边长与滑块16的短边边长相同，短边边长的长度为滑块长边边长的一半，在连接首座表面有穿透螺纹孔22；连接尾座24同样为长方形结构，长方形的边长均小于托盘首端19侧面的边长，且在其表面设置有穿透螺纹孔；托盘首端19的外部结构为立方体(如图9所示)，内部为空心结构用于抽拉杆21运作，托盘首端的上方外两角处设计了两个直角形卡角，且在其三个侧面均对应连接尾座螺纹孔的位置打了相应的螺纹孔；连接尾座20同样为立方体结构，在其上方外两角处设计了两个直角形卡角，内侧面固定有三个圆柱形抽拉杆21；

所述的移动探头模块中的伸缩连接杆14、连接首座17和连接尾座24的材料均采用不导磁的铝，探头放置平台包括托盘首端19、托盘尾端20及抽拉杆21的材料均采用不导磁不导电的电木；

升降台5内部安装有升降驱动电机，该电机通过电线与电源相连，通过无线遥控器给装置的无线接收器进行信号传输，其中有微控制单元进行处理，进而控制驱动单元控制电机；X轴导轨11、Y轴导轨12和Z轴导轨15端部安装的电机9均通过电线与电机驱动控制器4相连，由电机驱动控制器释放信号控制其运动；电机驱动控制器4通过电线与电源相连，由计算机3控制其释放驱动信号；伸缩连接杆14为手动操作，无需电连接。

本发明同时提供了一种适用于多场景空间磁场的测量方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：针对不同的应用场景与实际的测量需求，可将测量轨迹分为三种类型，即1)场景1：点测量；2)场景2：直线一维区域测量；3)场景3：平面二维区域测量；4)场景4：空间三维区域测量。根据所测量场景的不同，制定相应的测量轨迹、测量点数量、传感器定点停留时间、霍尔传感器25的个数与阵列排布方式以及探头放置平台与伸缩连接杆的连接方式；

步骤二：针对场景1，将具有一个微小体积、高精度且适用于极微弱磁场测量的霍尔传感器25(阵列形式为1*1)安装于矩阵式PCB板26的最外侧位置以使测量的空间范围更广，同时将探头放置平台与伸缩连接杆14正接(如图11所示)；针对场景2，将多个霍尔传感器25(阵列形式为N*X，N≤6，X＝1)安装于矩阵式PCB板26上，同时将探头放置平台与伸缩连接杆14正接(如图11所示)；针对场景3与场景4，将多个霍尔传感器25(阵列形式为N*X，N≤6，X≤2)安装于矩阵式PCB板26上，同时将探头放置平台与伸缩连接杆14前接(如图12所示)或后接(如图13所示)；

步骤三：根据步骤一中所制定的测量轨迹与测量点的数量，规定霍尔传感器25的初始位置(初始位置由测量场景、测量空间范围及测量路线决定)，利用手持无线遥控器实时调节升降台5的高度和伸缩连接杆14的长度，使得霍尔传感器25位于初始位置后开始测量；

步骤四：计算机3向电机驱动控制器4发送电机控制信号，电机驱动控制器4根据接收到的指令对测量装置中的电机9发送脉冲信号使其传动，带动与电机9相连的传动轴及传送带一起转动，进而带动固定在传送带上的滑块按照预设轨迹移动；特别地，对于场景4中的空间三维区域，完成同一水平面各测量点的磁场测量后，改变Z轴的坐标，进而测量与此Z轴坐标对应的水平面测量点的磁场；

步骤五：在滑块按照预定轨迹移动的过程中，霍尔传感器25将会在预定测量点处短暂停留0.05s(可根据所测装备的激磁频率或空间的大致频率范围进行适当调整)，并测量点的磁场强度，实时传送到NI多通道数据同步采集卡2，此步骤沿预设轨迹中各测量点依次进行直至所有测量点均完成磁场测量；

步骤六：NI多通道数据同步采集卡2将步骤五中所采集的数据上传至计算机端的LabVIEW软件，该软件利用所编程序进行傅里叶分解、频谱分析等运算操作，将霍尔传感器25所测三轴方向磁场进行矢量合成，形成真实的空间磁场分布图像。

图14为本发明一种实施例的测量方法中进行点测量时的磁感应强度三维矢量分析图，在x，y，z轴的三个方向上的磁感应强度分量矢量分别为

与x，y，z三轴的夹角分别为α、β、γ，则磁感应强度的大小为

其方向余弦分别为

且cos²α+cos²β+cos²γ＝1。

图15为本发明一种实施例的测量方法中对直线一维区域测量(取待测点个数为10，传感器阵列为5*1)的传感器移动轨迹图，此时将探头放置平台与伸缩连接杆14正接(如图11所示)，则在测量所有点的磁场强度过程中测量探头只需移动1次(测量2次)即可，而若只采用一个传感器进行单通道数据采集，在测量所有点的磁场强度过程中测量探头需要移动9次(测量10次)，因此本发明中提出的多通道数据同步采集法对于直线一维区域的磁场测量极大地提高了测量效率；

图16为本发明一种实施例的测量方法中对平面二维区域测量(取待测点个数为8*10，传感器阵列为4*1)的传感器移动轨迹图，此时将探头放置平台与伸缩连接杆14前接(如图12所示)或后接(如图13所示)，则在测量所有点的磁场强度过程中测量探头只需移动19次(测量20次)即可，而若只采用一个传感器进行单通道数据采集，在测量所有点的磁场强度过程中测量探头需要移动79次(测量80次)，因为本发明中提出的多通道数据同步采集法对于平面二维区域的磁场测量极大地提高了测量效率；

对于空间三维磁场的测量则是进行多个平面二维区域测量，由于本发明中提出的多通道数据同步采集法对于平面二维区域的磁场测量已经极大地提高了测量效率，则对于空间三维磁场的测量也同样会极大地提高效率；

本发明一种适用于多场景空间磁场的测量系统的工作原理和工作流程是：

通过操纵计算机3向电机驱动控制器4发送电机控制信号，控制电机驱动控制器4释放信号驱使测量装置中的电机9转动，电机9带动导轨上的传动轴一起转动，传动轴带动固定在其上的滑块按照设定路线移动；在滑块移动的过程中，霍尔传感器25将会测量所到之处的空间各点的磁场强度并传给NI多通道数据同步采集卡2，NI多通道数据同步采集卡2将所霍尔传感器所测量的数据上传至计算机端的LabVIEW软件进行数据处理。

本发明未述及之处适用于现有技术。

本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (4)

1.一种适用于多场景空间磁场的测量系统，其特征为该测量系统包括控制模块和测量装置；

所述的控制模块的组成包括NI多通道数据同步采集卡、计算机和电机驱动控制器，三者顺次相连，

所述测量装置包括升降模块、运动模块和移动探头模块；其中，运动模块安装在升降模块上方，移动探头模块固定在运动模块中的Z轴导轨上；

所述的升降模块包括升降台、下基板和上基板；

所述的升降台为柱体式电动遥控升降机，其上端面和下端面为边长相同的方形结构；方形下基板和方形上基板边长相同，通过螺钉分别固定于升降台的下端面和上端面；

所述的运动模块包括同步杆、电机、固定座、X轴导轨、Y轴导轨、导轨卡座、Z轴导轨、滑块和联轴器；

所述的上基板的左右两端，各固定有一组固定座，每组固定座上固定有一条X轴导轨，两条X轴导轨平行；两条X轴导轨的后端内侧通过一根同步杆相连，同步杆的一端穿过X轴导轨，通过联轴器与一个电机相连；每条X轴导轨的上方各安装一个滑块，每个滑块上各由螺钉固定有一个导轨卡座，Y轴导轨的两端分别固定在导轨卡座上，并且Y轴导轨垂直于X轴导轨；Y轴导轨一端的上方通过联轴器与一个电机相连；Y轴导轨的一侧固定有一个滑块，滑块上固定有一个固定座，固定座上固定有竖直的Z轴导轨；Z轴导轨顶端的一侧通过联轴器安装有电机；Z轴导轨中部固定有一个滑块，该滑块上安装有移动探头模块；

所述的X轴导轨的结构，包括两根柱形轨道、传送带、导轨外框、两个端部外壳和两个传动轴；导轨外框为两侧有凹槽的长方体框架结构，导轨外框的内部固定有两条相互平行的柱形轨道，导轨外框与两个柱形轨道长度相同，导轨外框与柱形轨道的两端分别安装有一个端部外壳，端部外壳为一端开口的方形结构，开口侧的尺寸与滑轨侧尺寸匹配，两个端部外壳的开口彼此相向；端部外壳还设置有圆形通孔，每个圆形通孔内安装有一个传动轴，传送带两端内侧啮合在传动轴表面的齿轮上；

所述的导轨外框主体为中空的柱状结构，横截面主体为两个相向设置的“弓”字形结构；“弓”字形结构的上下端相连，两侧有条状凹槽；导轨外框的顶端各设置有一根柱形轨道，导轨外框的两端各安装有一个端部外壳，端部外壳还设置有圆形通孔，每个圆形通孔内安装有一个传动轴，传送带上部在导轨外框的上表面，下部在导轨外框中空的内部，并且内侧啮合在传动轴表面的齿轮上；

所述的滑块内部的上表面固定于传送带中暴露在表面的一段长度上，滑块内部的左右两端横跨在两根柱形轨道上；

所述的X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨结构相同；

所述的移动探头模块的结构如包括伸缩连接杆、连接首座、托盘首端、托盘尾端、抽拉杆、连接尾座、传感器阵列中的霍尔传感器、PCB板；

所述的连接首座通过螺钉横向固定于安装在Z轴导轨的滑块上，其侧面一端连接了两根三段式伸缩连接杆的首端，两根伸缩连接杆的尾端与连接尾座相连，连接尾座由螺钉与托盘首端的一侧连接，托盘首端另一侧设置有抽拉孔，抽拉孔内设置有抽拉杆，抽拉杆的另一端和托盘尾端相连；将抽拉杆拉出后，在托盘上放置PCB板，托盘首端及尾端的直角形卡角用于卡住PCB板的四角，多个霍尔传感器以阵列排布的方式安装在矩阵式PCB板上。

2.如权利要求1所述的适用于多场景空间磁场的测量系统，其特征为所述的传感器阵列为N*X形式，N≤6，X≤2。

3.如权利要求1所述的适用于多场景空间磁场的测量系统，其特征为所述的NI多通道数据同步采集卡与各个霍尔传感器分别相连；电机驱动控制器与各个电机分别相连。

4.如权利要求1所述的适用于多场景空间磁场的测量系统的测量方法，其特征为包括以下步骤：

步骤一：确定不同的应用场景，即1)场景1：点测量；2)场景2：直线一维区域测量；3)场景3：平面二维区域测量；4)场景4：空间三维区域测量；然后根据所测量场景的不同，制定相应的测量轨迹、测量点数量、传感器定点停留时间、霍尔传感器的个数与阵列排布方式以及探头放置平台与伸缩连接杆的连接方式；

步骤二：针对场景1，将具有霍尔传感器(阵列形式为1*1)安装于矩阵式PCB板的最外侧位置，同时将探头放置平台与伸缩连接杆正接；针对场景2，将多个霍尔传感器(阵列形式为N*X，N≤6，X＝1)安装于矩阵式PCB板上，同时将探头放置平台与伸缩连接杆正接；针对场景3与场景4，将多个霍尔传感器(阵列形式为N*X，N≤6，X≤2)安装于矩阵式PCB板上，同时将探头放置平台与伸缩连接杆前接或后接；

步骤三：根据步骤一中所制定的测量轨迹与测量点的数量，规定霍尔传感器的初始位置，调节升降台的高度和伸缩连接杆的长度，使得霍尔传感器位于初始位置后开始测量；

步骤四：计算机向电机驱动控制器发送电机控制信号，电机驱动控制器根据接收到的指令对测量装置中的电机发送脉冲信号使其传动，带动与电机相连的传动轴及传送带一起转动，进而带动固定在传送带上的滑块按照预设轨迹移动；当为场景4中的空间三维区域，完成同一水平面各测量点的磁场测量后，改变Z轴的坐标，进而测量与此Z轴坐标对应的水平面测量点的磁场；

步骤五：在滑块按照预定轨迹移动的过程中，霍尔传感器将会在预定测量点处短暂停留10^-5s～0.05s)，并测量点的磁场强度，实时传送到NI多通道数据同步采集卡，此步骤沿预设轨迹中各测量点依次进行直至所有测量点均完成磁场测量；

步骤六：NI多通道数据同步采集卡将步骤五中所采集的数据上传至计算机，将霍尔传感器所测三轴方向磁场进行矢量合成，形成真实的空间磁场分布图像。

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