CN115047382A - 一种基于磁性液体密封的磁场测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁性液体密封的磁场测量装置及方法，所述装置包括圆形壳体、隔板、复合永磁体摆动杆、磁性液体、第一电磁线圈、信号处理单元、第二电磁线圈、中央转轴、顶盖；中央转轴固定安装在圆形壳体的轴线位置；隔板上加工一通孔，固定安装在圆形壳体内；复合永磁体摆动杆的中部与中央转轴固定连接，可绕中央转轴旋转；磁性液体吸附在复合永磁体摆动杆的周围，并将复合永磁体摆动杆悬浮起来；顶盖连接在圆形壳体上方；两个电磁线圈分别位于圆形壳体外部与隔板成270°和180°的方向上，并与信号处理单元相连；复合永磁体摆动杆由尺寸相同的矩形永磁体按极性交错的方式排列组成。本发明能够实现高灵敏度磁场测量且装置容易小型化。

Description

一种基于磁性液体密封的磁场测量装置及方法

技术领域

本发明涉及磁场测量技术领域，特别涉及一种基于磁性液体密封的磁场测量装置及方法。

背景技术

磁性液体是一种由包覆有表面活性剂的纳米量级铁磁性颗粒悬浮于液体介质中形成的胶体体系，广泛应用于密封、润滑等工程技术领域。磁性液体的磁场响应特性使其能够将密度比自身大的永磁体悬浮起来，也能够被磁场吸引填充在特定的间隙内起到密封和润滑作用。利用磁性液体的这些特性设计一种磁场传感器，可实现高灵敏度的测量，且传感器容易小型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于磁性液体密封的磁场测量装置及方法，能够实现磁场的高灵敏度测量，并且实现测量装置的小型化。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：

一方面，提供了一种基于磁性液体密封的磁场测量装置，包括圆形壳体、隔板、复合永磁体摆动杆、磁性液体、第一电磁线圈、信号处理单元、第二电磁线圈、中央转轴、顶盖；

所述中央转轴固定安装在所述圆形壳体的轴线位置；所述隔板固定安装在所述圆形壳体内，所述隔板的一端紧贴所述圆形壳体内壁，所述隔板的另一端紧贴所述中央转轴；

所述复合永磁体摆动杆的中部与所述中央转轴固定连接，可绕所述中央转轴旋转；所述磁性液体吸附在所述复合永磁体摆动杆的周围，并将所述复合永磁体摆动杆悬浮，使所述复合永磁体摆动杆沿所述圆形壳体的径向和高度方向居中，所述磁性液体填充在所述复合永磁体摆动杆与所述圆形壳体之间的间隙内，将所述圆形壳体内部空间分割为两部分；

所述顶盖连接在所述圆形壳体上方；所述隔板将所述圆形壳体内位于所述复合永磁体摆动杆一侧的空间分为两部分，所述隔板上加工一通孔；

所述第一电磁线圈位于所述圆形壳体外部与所述隔板成270°的方向上，所述第二电磁线圈位于所述圆形壳体外部与所述隔板成180°的方向上，所述第一电磁线圈、所述第二电磁线圈分别与所述信号处理单元相连。

优选地，所述复合永磁体摆动杆由尺寸相同的多个矩形永磁体按极性交错的方式排列组成，每两个所述矩形永磁体之间安装有非磁性隔条。

优选地，所述复合永磁体摆动杆沿磁极方向的高度尺寸满足以下条件：所述复合永磁体摆动杆产生的磁场足以将所述磁性液体吸引并充满所述复合永磁体摆动杆与所述圆形壳体侧壁之间的间隙。

优选地，组成所述复合永磁体摆动杆的各所述矩形永磁体沿所述圆形壳体径向的尺寸和每两个所述矩形永磁体之间的距离尺寸满足以下条件：所述复合永磁体摆动杆产生的磁场足以将所述磁性液体吸引并充满所述复合永磁体摆动杆与所述圆形壳体底面，以及与所述顶盖之间的间隙。

优选地，所述圆形壳体由内壁光滑的透明不导磁材料制成。

优选地，所述顶盖由透明不导磁材料制成，且所述顶盖与所述圆形壳体接触的一侧的壁面光滑。

优选地，所述顶盖与所述圆形壳体之间的连接方式包括：粘接、螺纹连接。

一方面，提供了一种基于上述的磁场测量装置的磁场测量方法，包括以下步骤：

将磁场测量装置放置于待测磁场中，所述复合永磁体摆动杆指向磁场方向，记录此时所述复合永磁体摆动杆的角度位置，即为待测磁场的方向；

转动所述磁场测量装置，同时通过所述圆形壳体观察所述隔板与所述复合永磁体摆动杆之间的相对位置，直至所述隔板与所述复合永磁体摆动杆垂直；

转动所述中央转轴，使所述复合永磁体摆动杆与所述隔板平行；

释放所述中央转轴，此时所述复合永磁体摆动杆在待测磁场的作用下，转动90°后到达待测磁场方向，所述复合永磁体摆动杆在转动过程中，压缩所述隔板收缩空间的气体，使气体通过所述隔板上的通孔流向扩张空间，从而使所述复合永磁体摆动杆的转动受到阻尼作用；

所述信号处理单元根据所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈中的感应电流记录所述复合永磁体摆动杆的开始转动时间和结束转动时间，两时间的差值与待测磁场的强度正相关，标定这一时间差值与磁场强度间的关系后即可用来测量磁场强度大小。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的一种基于磁性液体密封的磁场测量装置及方法，通过测量悬浮在圆形壳体内的复合永磁体摆动杆在待测磁场作用下旋转特定角度的时间获得磁场强度的大小，依靠磁性液体密封保证圆形壳体内不同空间的气体不泄露，依靠磁性液体的悬浮原理保证复合永磁体摆动杆转动过程中极小的摩擦力，从而能够实现磁场测量极高的灵敏度且传感器容易小型化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于磁性液体密封的磁场测量装置的俯视图；

图2是本发明实施例提供的一种基于磁性液体密封的磁场测量装置的主视图；

图3是本发明实施例提供的一种基于磁性液体密封的磁场测量装置中的复合永磁体摆动杆的结构示意图。

附图标记说明：1-圆形壳体；2-隔板；3-复合永磁体摆动杆；4-磁性液体；5-第一电磁线圈；6-信号处理单元；7-第二电磁线圈；8-中央转轴；9-顶盖；10-矩形永磁体；11-非磁性隔条。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明的实施例提供了一种基于磁性液体密封的磁场测量装置，图1和图2分别是所述磁场测量装置的俯视图和主视图，所述磁场测量装置包括圆形壳体1、隔板2、复合永磁体摆动杆3、磁性液体4、第一电磁线圈5、信号处理单元6、第二电磁线圈7、中央转轴8、顶盖9；

所述中央转轴8固定安装在所述圆形壳体1的轴线位置；所述隔板2固定安装在所述圆形壳体1内，所述隔板2的一端紧贴所述圆形壳体1内壁，所述隔板2的另一端紧贴所述中央转轴8；

所述复合永磁体摆动杆3的中部与所述中央转轴8固定连接，可绕所述中央转轴8旋转；所述磁性液体4吸附在所述复合永磁体摆动杆3的周围，并将所述复合永磁体摆动杆3悬浮，使所述复合永磁体摆动杆3沿所述圆形壳体1的径向和高度方向居中，所述磁性液体4填充在所述复合永磁体摆动杆3与所述圆形壳体1之间的间隙内，将所述圆形壳体1内部空间分割为两部分；

所述顶盖9连接在所述圆形壳体1上方；所述隔板2将所述圆形壳体1内位于所述复合永磁体摆动杆3一侧的空间分为两部分，所述隔板2上加工一通孔；

所述第一电磁线圈5位于所述圆形壳体1外部与所述隔板2成270°的方向上，所述第二电磁线圈7位于所述圆形壳体1外部与所述隔板2成180°的方向上，所述第一电磁线圈5、所述第二电磁线圈7分别与所述信号处理单元6相连。

图3是所述复合永磁体摆动杆3的结构示意图，所述复合永磁体摆动杆3由尺寸相同的多个矩形永磁体10按极性交错的方式排列组成，每两个所述矩形永磁体10之间安装有非磁性隔条11。

进一步地，所述复合永磁体摆动杆3沿磁极方向的高度尺寸满足以下条件：所述复合永磁体摆动杆3产生的磁场足以将所述磁性液体4吸引并充满所述复合永磁体摆动杆3与所述圆形壳体1侧壁之间的间隙。

进一步地，组成所述复合永磁体摆动杆3的各所述矩形永磁体10沿所述圆形壳体1径向的尺寸和每两个所述矩形永磁体10之间的距离尺寸满足以下条件：所述复合永磁体摆动杆3产生的磁场足以将所述磁性液体4吸引并充满所述复合永磁体摆动杆3与所述圆形壳体1底面，以及与所述顶盖9之间的间隙。

作为本发明的一种优选实施方式，所述圆形壳体1由内壁光滑的透明不导磁材料制成。所述顶盖9由透明不导磁材料制成，且所述顶盖9与所述圆形壳体1接触的一侧的壁面光滑。

作为本发明的一种优选实施方式，所述顶盖9与所述圆形壳体1之间的连接方式包括但不限于：粘接、螺纹连接。

相应地，本发明的实施例还提供了一种基于上述的磁场测量装置的磁场测量方法，包括以下步骤：

将磁场测量装置放置于待测磁场中，所述复合永磁体摆动杆3指向磁场方向，记录此时所述复合永磁体摆动杆3的角度位置，即为待测磁场的方向；

转动所述磁场测量装置，同时通过所述圆形壳体1观察所述隔板2与所述复合永磁体摆动杆3之间的相对位置，直至所述隔板2与所述复合永磁体3摆动杆垂直；

转动所述中央转轴8，使所述复合永磁体摆动杆3与所述隔板2平行；

释放所述中央转轴8，此时所述复合永磁体摆动杆3在待测磁场的作用下，转动90°后到达待测磁场方向，所述复合永磁体摆动杆3在转动过程中，压缩所述隔板2收缩空间的气体，使气体通过所述隔板2上的通孔流向扩张空间，从而使所述复合永磁体摆动杆3的转动受到阻尼作用；

所述信号处理单元6根据所述第一电磁线圈5和所述第二电磁线圈7中的感应电流记录所述复合永磁体摆动杆3的开始转动时间和结束转动时间，两时间的差值与待测磁场的强度正相关，标定这一时间差值与磁场强度间的关系后即可用来测量磁场强度大小。

本发明实施例提供的基于磁性液体密封的磁场测量装置及方法，通过测量悬浮在圆形壳体内的复合永磁体摆动杆在待测磁场作用下旋转特定角度的时间获得磁场强度的大小，依靠磁性液体密封保证壳体内不同空间的气体不泄露，依靠磁性液体的悬浮原理保证复合永磁体摆动杆转动过程中极小的摩擦力，能够实现磁场测量极高的灵敏度且传感器容易小型化。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他险的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (8)

1.一种基于磁性液体密封的磁场测量装置，其特征在于，包括圆形壳体、隔板、复合永磁体摆动杆、磁性液体、第一电磁线圈、信号处理单元、第二电磁线圈、中央转轴、顶盖；

所述中央转轴固定安装在所述圆形壳体的轴线位置；所述隔板固定安装在所述圆形壳体内，所述隔板的一端紧贴所述圆形壳体内壁，所述隔板的另一端紧贴所述中央转轴；

所述复合永磁体摆动杆的中部与所述中央转轴固定连接，可绕所述中央转轴旋转；所述磁性液体吸附在所述复合永磁体摆动杆的周围，并将所述复合永磁体摆动杆悬浮，使所述复合永磁体摆动杆沿所述圆形壳体的径向和高度方向居中，所述磁性液体填充在所述复合永磁体摆动杆与所述圆形壳体之间的间隙内，将所述圆形壳体内部空间分割为两部分；

所述顶盖连接在所述圆形壳体上方；所述隔板将所述圆形壳体内位于所述复合永磁体摆动杆一侧的空间分为两部分，所述隔板上加工一通孔；

所述第一电磁线圈位于所述圆形壳体外部与所述隔板成270°的方向上，所述第二电磁线圈位于所述圆形壳体外部与所述隔板成180°的方向上，所述第一电磁线圈、所述第二电磁线圈分别与所述信号处理单元相连。

2.根据权利要求1所述的基于磁性液体密封的磁场测量装置，其特征在于，所述复合永磁体摆动杆由尺寸相同的多个矩形永磁体按极性交错的方式排列组成，每两个所述矩形永磁体之间安装有非磁性隔条。

3.根据权利要求2所述的基于磁性液体密封的磁场测量装置，其特征在于，所述复合永磁体摆动杆沿磁极方向的高度尺寸满足以下条件：所述复合永磁体摆动杆产生的磁场足以将所述磁性液体吸引并充满所述复合永磁体摆动杆与所述圆形壳体侧壁之间的间隙。

4.根据权利要求2所述的基于磁性液体密封的磁场测量装置，其特征在于，组成所述复合永磁体摆动杆的各所述矩形永磁体沿所述圆形壳体径向的尺寸和每两个所述矩形永磁体之间的距离尺寸满足以下条件：所述复合永磁体摆动杆产生的磁场足以将所述磁性液体吸引并充满所述复合永磁体摆动杆与所述圆形壳体底面，以及与所述顶盖之间的间隙。

5.根据权利要求1所述的基于磁性液体密封的磁场测量装置，其特征在于，所述圆形壳体由内壁光滑的透明不导磁材料制成。

6.根据权利要求1所述的基于磁性液体密封的磁场测量装置，其特征在于，所述顶盖由透明不导磁材料制成，且所述顶盖与所述圆形壳体接触的一侧的壁面光滑。

7.根据权利要求1所述的基于磁性液体密封的磁场测量装置，其特征在于，所述顶盖与所述圆形壳体之间的连接方式包括：粘接、螺纹连接。

8.一种基于权利要求1-7中任一项所述的磁场测量装置的磁场测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

将磁场测量装置放置于待测磁场中，所述复合永磁体摆动杆指向磁场方向，记录此时所述复合永磁体摆动杆的角度位置，即为待测磁场的方向；

转动所述磁场测量装置，同时通过所述圆形壳体观察所述隔板与所述复合永磁体摆动杆之间的相对位置，直至所述隔板与所述复合永磁体摆动杆垂直；

转动所述中央转轴，使所述复合永磁体摆动杆与所述隔板平行；

释放所述中央转轴，此时所述复合永磁体摆动杆在待测磁场的作用下，转动90°后到达待测磁场方向，所述复合永磁体摆动杆在转动过程中，压缩所述隔板收缩空间的气体，使气体通过所述隔板上的通孔流向扩张空间，从而使所述复合永磁体摆动杆的转动受到阻尼作用；

所述信号处理单元根据所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈中的感应电流记录所述复合永磁体摆动杆的开始转动时间和结束转动时间，两时间的差值与待测磁场的强度正相关，标定这一时间差值与磁场强度间的关系后即可用来测量磁场强度大小。

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