CN1247316A

CN1247316A - 电磁感应测速器

Info

Publication number: CN1247316A
Application number: CN 98112615
Authority: CN
Inventors: 陈启星
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-09-07
Filing date: 1998-09-07
Publication date: 2000-03-15

Abstract

本发明是一种测量转速和平动速度的装置,其特征是金属极板1中间用软磁铁氧体隔开并在金属极板1上施加交流电压9,使极板1产生极性交变的静电荷,当极板带动静电荷运动时就产生了交变的运流电流,从而产生交变磁场,其磁通通过软磁体导向而穿过感应线圈8,使感应线圈产生感应电动势。运动速度与感应电动势成正比,从而实现通过测量感应电动势来测量速度。

Description

电磁感应测速器

本发明是根据电磁感应原理设计的测量转速和平动(交通工具运行)速度的装置。

传统的测量转速的装置有很多，例如，能给用户提供一个与转速成正比的电压的测速发电机，还有光电计数器等等。汽车和火车的速度测量装置是采用通过测量车轮的转速并进行换算的原理，结构不够简单，并且在应用上有一定的局限性。船和飞机的速度测量就更困难，通常采用测量流体速度的方法来估计速度，很不准确。

本发明的目的是提供一种电磁感应式的转速测量装置和平动速度测量装置，使之适用范围更广，结构更简单，并能有效地应用于船和飞机的速度测量。

本发明是运用电磁感应原理和运流电流原理(即运动的带电导体(运流电流)与通常的传导电流等价原理)发明的一种测量转速和平动速度的装置，其特征是在金属极板上施加交流电压，使极板产生极性交变的静电荷，当极板带动静电荷运动时就产生了交变的运流电流，从而产生交变磁场，其磁通通过软磁体定向传导而穿过感应线圈，使感应线圈产生感应电动势。运动速度与感应电动势成正比，从而实现通过测量感应电动势来测量速度。

测量转速的装置，我们先从分析有名的运流电流原理入手。图1中，金属圆盘极板1中间夹橡胶圆盘2，直流电源通过电刷3使极板带电荷，旋转起来后，形成运流电流，与图2静止装置的传导电流等价。(图2中，电源6通过上下极板以及导线5构成回路，形成环形传导电流。)图3是本发明的一个测转速装置原理图，极板1中间夹一个软磁铁氧体圆盘2，再给两极板施加一个交变电压9，在上下极板中产生极性交变的静电荷。当装置不旋转时，轴3中没有磁通，线圈7中不会感应出电动势；当装置旋转时，极板中的交变静电荷随着极板圆盘的旋转而形成旋转的环形交变运流电流，必然在轴3中产生交变磁场，并在线圈7中产生感应电动势，使电压表8显示电压。当交变电压源9的电压值固定时，线圈7输出的电压大小与极板转速成正比。值得注意的是，线圈7不论是固定于地面还是固定于转轴，都能产生感生电动势，要强调的是，线圈7随着带电圆盘1转动时，虽然它们两者是相对静止的，但仍就会产生感生电动势，这说明应该深入讨论相对性原理，采用相对优势参照系的物理概念能更好地解释该物理现象。如果进一步将铁氧体圆盘做成图6形状，并在软磁铁氧体圆盘的边缘上装置一组线圈13，线圈13会和线圈7一样感应出电动势，图6是该结构软磁铁氧体圆盘垂直于轴向的剖面图。再进一步，将圆盘放大到足够值，边缘以及线圈13近似于作直线运动，这就说明直线运动的带电平板电容器上的线圈也会感应出电动势。

平动速度的测量装置，我们先解释本发明的原理。图7描述在火车上平行于地面放置一个平板电容器的情形，两极板带等量异号的电荷，当火车运行时，带电板就相对于站台形成运流电流，也就相对于站台产生了磁场F。当我们在站台放置一块磁铁，磁铁就会与磁场F产生磁力作用f，(因等量的正负电荷产生的正负运流电流相等，从而在磁铁下产生的洛沦兹力刚好互相抵消，所以不考虑洛沦兹力)；现在的问题是：跟随电容器一道运动的乘客会认可磁场F和磁力f存在吗？根据相对性原理，由于观察者与电容器及其静电荷相对静止，他应该认为电容器没有磁场F。但是，无论是根据伽利略变换还是相对论变换，只要站台认可磁力f的存在，火车惯性系也必定认可磁力f存在，观察者既然认可磁力f存在，也就无法否认电容器产生了磁场F。根据以上原理，本发明的平动速度测量装置采用图8的结构。对两极板1施加交流电压9，当按照箭头18的方向(垂直进入纸面)运动时，极板形成交变运流电流，使极板中间产生感生磁场。极板中间的软磁铁氧体隔板15从两磁极延伸出来并通过磁导体16形成磁回路，使交变磁通10穿过线圈17而产生感生电动势。

作为一种对称的分析，我们再将上述平板电容器静止于站台，火车上的磁铁会不会对该电容器产生磁力呢？事实上，因为站台上不会测出该电容器产生磁场，所以不会测出电容器受到磁力；而根据伽利略变换，火车上的观察者也不会认可电容器受到磁力，也就不会认为电容器产生了磁场。

图8装置的实验果是，火车行驶时电容器产生磁场，线圈17产生感生电动势；火车静止时，电容器不产生磁场，线圈17不产生感生电动势。即判断静电荷是否产生磁场，完全取决于静电荷相对于地球参照系是否运动，相对性原理应作进一步研究。这还说明虽然地球和火车都是惯性系，但是两者并不等价。对火车而言，地球是一个相对优势参照系。

综上所述，本发明的进一步的特征是无论是单极板还是成对极板，无论极板是何形状，都是对极板施加交变电压，以求获得交变的运流电流和交变的磁场。另一特征是用软磁绝缘材料如软磁铁氧体将极板中间所产生的磁通定向传导并穿过感应线圈。

为了使本发明的原理更容易理解，虽然与专利权没有直接的关系，但是我们还是简要地对本发明所使用到的相对优势参照系的物理概念作出解释。

相对优势参照系就是由万有引力场(或电磁力、强力和弱力)占统治地位的物体所确定的参照系。相对优势参照系中所有物理定律符合各向同性以及光速不变的规律。从宏观的天体看来，引力场占统治地位的参照系称为相对优势参照系，在地球范围内，地球的引力场占主导地位，所以地球为优势参照系。同理，在太阳引力场占统治地位的区域内太阳系为相对优势参照系，等等。在原子领域，原子核所确定的参照系为相对优势参照系。下面三自然段是本发明所采用原理的简要补充说明。

重力加速度与升降机所产生的惯性加速度不等价。我们在A、B两台逆向加速的升降机中各放置一个带静电的球，由于A或B都看到对方有逆向惯性加速度，所以都将会发现对方的静电球发出电磁波。与此对应，令C、D两人各持一静电球分别站于地球对面，C或D都看到对方有逆向重力加速度，却不会发现对方的静电球发出电磁波。

将时钟A置于地球自转极轴位置，时钟B置于赤道，并使两只时钟所处的温度、重力等条件相等。令观察者处于时钟A的位置，那么，他以地球为参照系分析，两处时钟是相对静止的，因而没有时间膨胀的问题，将它们移到一起时还是同步；但是，以太阳系作为参照系分析，赤道处的时钟B在相对于极轴处的时钟A转动，有时间膨胀的问题，将它们移到一起时不会同步。这就是说，时钟A、B是否同步，取决于观察者愿意采用哪个参照系。由以上时间的错误还可以得出一个推论：质能关系在粒子加速时正确，减速时不正确。

对一个光爆，假设站台参照系看到其波阵面是以光爆点O为中心的同心圆球面，该波阵面对高速火车参照系而言看到的也是圆球面，不过光爆点O′不在球心，而是一个偏心圆球面，根据相对论的观点，因为光速不变，所以站台系看到同心圆球面就认为光波从光爆点O到该球面各点所经历的时间相同，而火车系看到偏心圆球面就意味着认为光波从光爆点O′到该球面各点所经历的时间不同。但是如果假定在站台系中该圆球面前后刚好都为一个波长，那么火车系的观察者也会认可在火车系中该圆球面前后刚好都为一个波长，由于他距该圆球面前后长度不相等，他必发现：该光爆在他自己的参照系中的波长在前后方向不相等。这显然与相对性原理不相容。

所以，上述的相对优势参照系同电磁感应原理和运动的带电导体(罗兰德运流电流)与通常的传导电流等价原理一样，也是本发明的理论基础。

说明书附图说明。图1、图2、图3、图4、图5、图6、图8共7个附图中，标号全部统一。1-圆形上下极板，2-圆形软磁铁氧体或橡胶隔板，3-导磁转轴，4-电刷，5-上下极板的连接导线，6-直流电源，7-轴磁通感应线圈，8-电压指示器，9-交流电源，10-磁力线，11-用于减小磁阻的圆形磁导体，12-用于减小磁阻的圆形软磁铁氧体，13-边缘感应线圈，14-上下矩形极板，15-矩形软磁铁氧体隔板，16-磁导体，17-感应线圈，18-箭头(运动方向垂直指向纸面)，图7仅一对带电极板，没标号。

实施例

图3是本发明的一个测转速装置，极板1中间夹一个软磁铁氧体圆盘2，再给两极板施加一个交变电压9。当装置不旋转时没有等效电流，轴3中没有磁通，线圈7中不会感应出电动势；当装置旋转时，极板中的交变静电荷随着极板圆盘的旋转而形成旋转的环形交变运流电流，必然在轴3中产生交变磁场，当然会在线圈7中产生感应电动势。当交变电压9固定时，线圈7输出的电压大小与极板转速成正比。

图5是高性能的测量转速装置。上下轴都配备有感应线圈，并且采用圆形磁导体11和软磁铁氧体圆盘12用于减小磁路中空气距离，减小磁阻以加强线圈的电磁感应效果。磁力线10通过软磁铁氧体圆盘2、软磁铁氧体圆盘12，导磁转轴7、导磁圆盘11以及外部空间形成磁回路，导磁圆盘11以及软磁铁氧体圆盘12向的作用是减小磁阻，两者尽量靠近。

图8是平动速度测量装置。对两极板1施加交流电压9，当按照箭头1 8的方向运动时，极板形成运流电流，使极板中间产生感生磁场。极板中间的软磁铁氧体隔板15从两磁极延伸出来并通过磁导体16形成磁回路，使交变磁通10穿过线圈17而产生感生电动势。

Claims

1、本发明是一种测量转速和平动速度的装置，采用的是电磁感应原理和运动的带电导体(罗兰德运流电流)与通常的传导电流等价原理。本发明的特征是在金属极板上施加交流电压，使极板产生极性交变的静电荷，当极板带动静电荷运动时就产生了交变的运流电流，从而产生交变磁场，其磁通通过软磁体定向传导而穿过感应线圈，使感应线圈产生感应电动势。运动速度与感应电动势成正比，从而实现通过测量感应电动势来测量速度。

图3是本发明的一个测转速装置原理图，极板1中间夹一个软磁铁氧体圆盘2，再给两极板施加一个交变电压9，在上下极板中产生极性交变的静电荷。当装置不旋转时，轴3中没有磁通，线圈7中不会感应出电动势；当装置旋转时，极板中的交变静电荷随着极板圆盘的旋转而形成旋转的交变运流电流，就相当于给该装置极板提供环绕的交变电流，必然在轴3中产生交变磁场并在线圈7中产生感应电动势，使电压表8显示电压。当交变电压源9的电压值固定时，线圈7输出的电压大小与极板转速成正比。线圈7不论是固定于地面还是固定于转轴，都能产生感生电动势。本发明的平动速度测量装置采用图8的结构。对两极板1施加交流电压9，当按照箭头18的方向运动时，极板形成运流电流，使其中间产生感生磁场。极板中间的软磁铁氧体隔板15从两磁极延伸出来并通过磁导体16形成磁回路，使交变磁通10穿过线圈17而产生感生电动势。

2、根据权利要求1所述的测速装置，其进一步的特征是极板可以是单层、多层和各种形状，都是对极板施加交变电压，以求获得交变的运流电流和交变的磁场。

3、根据权利要求1所述的测速装置，其进一步的特征是用软磁绝缘材料如软磁铁氧体将极板中间所产生的磁通定向传导并穿过感应线圈。

4、根据权利要求1所述的测速装置，其进一步的特征是采用图3的测转速装置，极板1中间夹一个软磁铁氧体圆盘2，再给两极板施加一个交变电压9。当装置不旋转时没有等效电流，轴3中没有磁通，线圈7中不会感应出电动势；当装置旋转时，极板中的交变静电荷随着极板圆盘的旋转而形成旋转的运流电流，就相当于给该装置极板提供环绕的交变电流，必然在轴3中产生交变磁场并会在线圈7中产生感应电动势。当交变电压9固定时，线圈7输出的电压大小与极板转速成正比。

5、根据权利要求1所述的测速装置，其进一步的特征是采用图5的测量转速装置。上下轴都配备有感应线圈，并且采用圆碟形磁导体11和软磁铁氧体圆盘12，用于减小磁路中空气距离，减小磁阻以加强线圈的电磁感应效果。磁力线10通过软磁铁氧体圆盘2、软磁铁氧体圆盘12，导磁体转轴7、导磁体圆盘11以及外部空间形成磁回路，导磁体圆盘11以及软磁铁氧体圆盘12向的作用是减小磁阻，两者尽量靠近。

6、根据权利要求1所述的测速装置，其进一步的特征是采用图8的平动速度测量装置。对两极板1施加交流电压9，当按照箭头18的方向运动时，极板形成交变的运流电流，使其中间产生感生磁场。极板中间的软磁铁氧体隔板15从两磁极延伸出来并通过磁导体16形成磁回路，使交变磁通10穿过线圈17而产生感生电动势。