CN115267622A - Hall探头感应区空间定位及标定装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Hall探头感应区空间定位及标定装置，包括：支撑机构；第一调整平台，设置于支撑机构顶部的上方，第一调整平台的四个边角分别通过第一调整连接件与支撑机构顶部的四个边角连接，以使第一调整平台的高度可调节；第二调整平台，层叠设置于第一调整平台上，第二调整平台的四个侧边分别通过第二调整连接件与第一调整平台的四个侧边连接，以使第二调整平台在第一调整平台上的转向可调节；Halbach永磁体阵列均匀场机构，设置于所述第二调整平台上，用于标定霍尔探头磁场值；感应区定位机构，设置于第二调整平台上且间隔设置于Halbach永磁体阵列均匀场机构的末端，感应区定位机构用于定位霍尔探头的磁场感应区位置。

Description

Hall探头感应区空间定位及标定装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及Hall探头空间定位及标定技术领域，具体是关于一种Hall探头感应区空间定位及标定装置及其使用方法。

背景技术

磁场测量系统在加速器工程中意义重大，通过实际测量保证磁铁设计参数达到物理要求指标。二极磁铁的积分场均匀度和高阶谐波分量是磁场品质的主要考察指标，同时由于磁场品质要求高，需要一套高精度的磁场测量系统来开展磁场测量工作。目前磁场测量手段很多，一般根据不同磁铁的磁场测量要求搭建相应的测量系统。点测量是以Hall探头为测试手段，适用于所有类型的磁铁，是磁场测量中最常用和最基础的方法。主要任务是完成对各类型磁铁二维磁场性质的测量，也可用于积分磁场的测量。

以往使用Hall传感器来点测量磁场时，影响测量精度的主要是热效应、磁效应和空间分辨率。Hall器件的电阻会随温度和磁场改变，这会影响工作电流的稳定，采用恒流电源会消除电阻变化产生的误差。由于温度对载流子迁移率的影响造成霍尔系数对温度的敏感性，在特定的温度范围内变化基本是均匀的，如果超过温度极限霍尔温度系数会急剧增加。温度系数产生的误差一般用恒定温度或温度补偿的办法来消除。传统的方法都是利用标定的温度与非线性系数采集霍尔电压，进而完成霍尔片标定。以上方法都只标定了霍尔片场值，并没有标定出感应区具体位置，然而，感应区具体位置对高梯度磁场的影响非常明显，能够找到准确的感应区位置对磁铁测量精度提升有较大作用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种Hall探头感应区空间定位及标定装置及其使用方法，能够标定出Hall探头感应区具体位置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明所述的Hall探头感应区空间定位及标定装置，包括：支撑机构；第一调整平台，设置于所述支撑机构顶部的上方，所述第一调整平台的四个边角分别通过第一调整连接件与所述支撑机构顶部的四个边角连接，以使所述第一调整平台的高度可调节；第二调整平台，层叠设置于所述第一调整平台上，所述第二调整平台的四个侧边分别通过第二调整连接件与所述第一调整平台的四个侧边连接，以使所述第二调整平台在所述第一调整平台上的转向可调节；Halbach永磁体阵列均匀场机构，设置于所述第二调整平台上，用于标定霍尔探头磁场值；感应区定位机构，设置于所述第二调整平台上且间隔设置于Halbach永磁体阵列均匀场机构的末端，所述感应区定位机构用于定位霍尔探头的磁场感应区位置。

所述的Hall探头感应区空间定位及标定装置，优选地，所述永磁体阵列均匀场机构包括壳体和若干个磁铁；所述若干个磁铁按照Halbach阵列排布，且两列磁铁之间留有空腔；相邻的两个横向磁铁的磁极相反，相邻的两个纵向磁铁的磁极相反；相对的两个纵向磁铁的磁极相反，相对的两个横向磁铁的磁极相同。

所述的Hall探头感应区空间定位及标定装置，优选地，所述感应区定位机构包括：支架，为一矩形框体结构，所述支架的底部固定在所述第二调整平台上；纵向定位磁针，两个纵向定位磁针分别设置于支架的顶部横杆和底部横杆上，且两个纵向定位磁针相对设置；永磁体，两个永磁体分别设置于支架的两个纵杆上，且所述永磁体的N极向上；所述支架的顶部的两端设置有水平定位基准孔，其侧壁的四个边角分别设置有垂向定位基准孔。

所述的Hall探头感应区空间定位及标定装置，优选地，位于顶部横杆上的纵向定位磁针的N极向下，位于底部横杆上的纵向定位磁针的N极向上。

所述的Hall探头感应区空间定位及标定装置，优选地，所述支撑机构包括顶部平板、支腿和横梁；四个所述支腿分别竖直设置于所述顶部平板的四个边角；相邻的两个支腿通过横梁连接。

所述的Hall探头感应区空间定位及标定装置，优选地，所述第一调整连接件包括第一螺栓和第一螺母，所述第一螺栓的顶部与所述第一调整平台连接，其底部伸入所述顶部平板内，所述顶部平板侧壁开设凹槽，所述第一螺母由凹槽伸入所述顶部平板内并套设在所述第一螺栓上；所述第二调整连接件包括第二螺栓和第二螺母，所述第二螺栓的第一端与所述第二调整平台的侧壁连接，所述第一调整平台的侧壁上设置有连接件，所述第二螺栓的第二端穿过所述连接件；所述第二螺母套设在所述第二螺栓的第二端。

本发明所述的Hall探头感应区空间定位及标定装置的使用方法，包括以下步骤：

将核磁共振高斯计NMR探头放入Halbach永磁体阵列均匀场机构内，测得阵列原场值；

将霍尔探头嵌入设置在工装上，并使工装通过测量杆与机械传动装置连接，机械传动装置设置于支撑平台上；

机械传动装置带动霍尔探头逐渐伸入至Halbach永磁体阵列均匀场机构内，将霍尔探头测得的磁场值与原场值进行比较，如不相等，则调整霍尔探头在工装上的安装位置或更换霍尔探头，直至相等；

将霍尔探头通过机械传动装置继续步入至感应区定位机构内，且位于两个纵向定位磁针之间，并确定霍尔探头的感应区位置。

所述的使用方法，优选地，所述确定霍尔探头的感应区位置包括如下步骤：

首先，通过激光追踪仪标定工装上方两个水平定位基准孔和四个垂向定位基准孔，精确找到感应区定位机构的机械中心，且利用准直方法，将感应区定位机构调整与支撑平台的平面水平，与霍尔探头纵向垂直；

然后，通过支撑平台作为基准，使得霍尔探头运行至感应区定位机构的机械中心，调整霍尔探头位置，到达场值最大处停止，并使用激光追踪仪记录偏差，从而确定霍尔探头的感应区位置。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

(1)本发明可快速且精确定位到Hall探头感应区的位置；

(2)本发明可校准Hall探头准确度及角度位置，有效提高测试效率与准确性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的Halbach永磁体阵列均匀场机构的结构示意图；

图3是本发明的Halbach永磁体阵列均匀场机构内部磁场的结构示意图；

图4是本发明的感应区定位机构的结构示意图。

附图中各标记表示如下：

1-支撑机构；101-顶部平板；102-支腿；103-横梁；2-第一调整平台；3-第一调整连接件；4-第二调整平台；5-第二调整连接件；6-Halbach永磁体阵列均匀场机构；601-壳体；602-磁铁；7-感应区定位机构；701-支架；702-纵向定位磁针；703-永磁体；704-水平定位基准孔；705-垂向定位基准孔。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

由于Hall探头加工完成后，在其感应区内的磁场测试精度较高，但是在加工过程中由于各种各样的因素，会造成感应区位置与设计值不符，自身位置精度存在0.2mm的偏差，感应区位置偏差会使得梯度较大的磁场测量不准确。因此，本发明提供一种Hall探头感应区空间定位及标定装置，使用N50钕铁硼磁铁将磁场传导至DT4磁针获得局部高梯度场，使得Hall探头可通过微小移动定位至真实感应区；另外，本发明中的Halbach永磁体阵列二极均匀场，利用NMR标定后长期使用，既可测试Hall探头测得场值是否准确，也可实现水平方向定位。

如图1所示，本发明提供的Hall探头感应区空间定位及标定装置，包括：支撑机构1；第一调整平台2，设置于支撑机构1顶部的上方，第一调整平台2的四个边角分别通过第一调整连接件3与所述支撑机构顶部的四个边角连接，以使第一调整平台2的高度可调节；第二调整平台4，层叠设置于第一调整平台2上，第二调整平台4的四个侧边分别通过第二调整连接件5与所述第一调整平台2的四个侧边连接，以使第二调整平台4在第一调整平台2上的转向可调节；Halbach永磁体阵列均匀场机构6，设置于第二调整平台4上，用于标定霍尔探头磁场值；感应区定位机构7，设置于第二调整平台4上且间隔设置于Halbach永磁体阵列均匀场机构6的末端，感应区定位机构7用于定位霍尔探头的磁场感应区位置。

在上述实施例中，优选地，如图2所示，Halbach永磁体阵列均匀场机构6包括壳体601和若干个磁铁602；若干个磁铁602按照Halbach阵列排布成两列，且两列磁铁602之间留有空腔；相邻的两个横向磁铁602的磁极相反，相邻的两个纵向磁铁602的磁极相反；相对的两个纵向磁铁的磁极相反，相对的两个横向磁铁的磁极相同。

需要说明的是，Halbach阵列是一种新型永磁体排列方式，将不同磁化方向的永磁体按照一定的顺序排列，使得阵列一边的磁场显著增强而另一边显著减弱，且很容易得到在空间较理想正弦分布的磁场。

具体地，如图3所示，本实施例中的每列磁铁为5个，在第一列磁铁中，第一个磁铁纵向设置且N极朝上，第二个磁铁横向设置且N极朝右，第三个磁铁纵向设置且N极朝下，第四个磁铁横向设置且N及朝左，第五个磁铁纵向设置且N极朝上；

在第二列磁铁中，第一个磁铁纵向设置且N极朝下，第二个磁铁横向设置且N极朝右，第三个磁铁纵向设置且N极朝上，第四个磁铁横向设置且N及朝左，第五个磁铁纵向设置且N极朝下。

在上述实施例中，优选地，如图4所示，感应区定位机构7包括：支架701，为一矩形框体结构，支架701的底部固定在第二调整平台4上；纵向定位磁针702，两个纵向定位磁针702分别设置于支架701的顶部横杆和底部横杆上，且两个纵向定位磁针702相对设置；永磁体703，两个永磁体703分别设置于支架701的两个纵杆上，且永磁体703的N极向上；支架701的顶部的两端设置有水平定位基准孔704(见图1)，其侧壁的四个边角分别设置有垂向定位基准孔705。

需要说明的是，在本实施例中，纵向定位磁针702为至DT4磁针，永磁体703为N50钕铁硼磁铁。

在上述实施例中，优选地，位于顶部横杆上的纵向定位磁针702的N极向下，位于底部横杆上的纵向定位磁针702的N极向上。

在上述实施例中，优选地，支撑机构1包括顶部平板101、支腿102和横梁103；四个支腿102分别竖直设置于顶部平板101的四个边角；相邻的两个支腿102通过横梁103连接。

在上述实施例中，优选地，所述第一调整连接件3包括第一螺栓和第一螺母，第一螺栓的顶部与所述第一调整平台2连接，其底部伸入所述顶部平板内，所述顶部平板侧壁开设凹槽，所述第一螺母由凹槽伸入所述顶部平板内并套设在所述第一螺栓上；由此，在调节第一螺母的时候，可以使得第一调整平台2的高度可调节。

第二调整连接件5包括第二螺栓和第二螺母，所述第二螺栓的第一端与所述第二调整平台4的侧壁连接，所述第一调整平台2的侧壁上设置有连接件，所述第二螺栓的第二端穿过所述连接件；所述第二螺母套设在所述第二螺栓的第二端；由此，通过调节不同位置的第二螺栓，可以使得第二调整平台4可以在第一调整平台2上前、后、左、右移动。

本发明还提供一种Hall探头感应区空间定位及标定装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)将核磁共振高斯计NMR探头放入Halbach永磁体阵列均匀场机构内，测得阵列原场值；

(2)将霍尔探头嵌入设置在工装上，并使工装通过测量杆与机械传动装置连接，机械传动装置设置于支撑平台上；

(3)机械传动装置带动霍尔探头逐渐伸入至Halbach永磁体阵列均匀场机构内，将霍尔探头测得的磁场值与原场值进行比较，如不相等，则调整霍尔探头在工装上的安装位置或更换霍尔探头，直至相等；

(4)将霍尔探头通过机械传动装置继续步入至感应区定位机构内，且位于两个纵向定位磁针之间，并确定霍尔探头的感应区位置。

在上述实施例中，优选地，确定霍尔探头的感应区位置包括如下步骤：

首先，通过激光追踪仪标定工装上方两个水平定位基准孔和四个垂向定位基准孔，精确找到感应区定位机构的机械中心，且利用准直方法，将感应区定位机构调整与支撑平台的平面水平，与霍尔探头纵向垂直；

然后，通过支撑平台作为基准，使得霍尔探头运行至感应区定位机构的机械中心，调整霍尔探头位置，到达场值最大处停止，并使用激光追踪仪记录偏差，从而确定霍尔探头的感应区位置。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种Hall探头感应区空间定位及标定装置，其特征在于，包括：

支撑机构；

第一调整平台，设置于所述支撑机构顶部的上方，所述第一调整平台的四个边角分别通过第一调整连接件与所述支撑机构顶部的四个边角连接，以使所述第一调整平台的高度可调节；

第二调整平台，层叠设置于所述第一调整平台上，所述第二调整平台的四个侧边分别通过第二调整连接件与所述第一调整平台的四个侧边连接，以使所述第二调整平台在所述第一调整平台上的转向可调节；

Halbach永磁体阵列均匀场机构，设置于所述第二调整平台上，用于标定霍尔探头磁场值；

感应区定位机构，设置于所述第二调整平台上且间隔设置于Halbach永磁体阵列均匀场机构的末端，所述感应区定位机构用于定位霍尔探头的磁场感应区位置。

2.根据权利要求1所述的Hall探头感应区空间定位及标定装置，其特征在于，所述永磁体阵列均匀场机构包括壳体和若干个磁铁；所述若干个磁铁按照Halbach阵列排布，且两列磁铁之间留有空腔；

相邻的两个横向磁铁的磁极相反，相邻的两个纵向磁铁的磁极相反；

相对的两个纵向磁铁的磁极相反，相对的两个横向磁铁的磁极相同。

3.根据权利要求1所述的Hall探头感应区空间定位及标定装置，其特征在于，所述感应区定位机构包括：

支架，为一矩形框体结构，所述支架的底部固定在所述第二调整平台上；

纵向定位磁针，两个纵向定位磁针分别设置于支架的顶部横杆和底部横杆上，且两个纵向定位磁针相对设置；

永磁体，两个永磁体分别设置于支架的两个纵杆上，且所述永磁体的N极向上；

所述支架的顶部的两端设置有水平定位基准孔，其侧壁的四个边角分别设置有垂向定位基准孔。

4.根据权利要求3所述的Hall探头感应区空间定位及标定装置，其特征在于，位于顶部横杆上的纵向定位磁针的N极向下，位于底部横杆上的纵向定位磁针的N极向上。

5.根据权利要求1所述的Hall探头感应区空间定位及标定装置，其特征在于，所述支撑机构包括顶部平板、支腿和横梁；

四个所述支腿分别竖直设置于所述顶部平板的四个边角；

相邻的两个支腿通过横梁连接。

6.根据权利要求5所述的Hall探头感应区空间定位及标定装置，其特征在于，

所述第一调整连接件包括第一螺栓和第一螺母，所述第一螺栓的顶部与所述第一调整平台连接，其底部伸入所述顶部平板内，所述顶部平板侧壁开设凹槽，所述第一螺母由凹槽伸入所述顶部平板内并套设在所述第一螺栓上；

所述第二调整连接件包括第二螺栓和第二螺母，所述第二螺栓的第一端与所述第二调整平台的侧壁连接，所述第一调整平台的侧壁上设置有连接件，所述第二螺栓的第二端穿过所述连接件；所述第二螺母套设在所述第二螺栓的第二端。

7.一种基于权利要求1至6任一项所述的Hall探头感应区空间定位及标定装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

将核磁共振高斯计NMR探头放入Halbach永磁体阵列均匀场机构内，测得阵列原场值；

将霍尔探头嵌入设置在工装上，并使工装通过测量杆与机械传动装置连接，机械传动装置设置于支撑平台上；

机械传动装置带动霍尔探头逐渐伸入至Halbach永磁体阵列均匀场机构内，将霍尔探头测得的磁场值与原场值进行比较，如不相等，则调整霍尔探头在工装上的安装位置或更换霍尔探头，直至相等；

将霍尔探头通过机械传动装置继续步入至感应区定位机构内，且位于两个纵向定位磁针之间，并确定霍尔探头的感应区位置。

8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述确定霍尔探头的感应区位置包括如下步骤：

首先，通过激光追踪仪标定工装上方两个水平定位基准孔和四个垂向定位基准孔，精确找到感应区定位机构的机械中心，且利用准直方法，将感应区定位机构调整与支撑平台的平面水平，与霍尔探头纵向垂直；

然后，通过支撑平台作为基准，使得霍尔探头运行至感应区定位机构的机械中心，调整霍尔探头位置，到达场值最大处停止，并使用激光追踪仪记录偏差，从而确定霍尔探头的感应区位置。

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