CN208796536U - 一种3d空间磁场测量仪器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种3D空间磁场测量仪器，包括水平设置的第一底座、水平设置的第二底座和竖直设置的第三底座，且第一底座、第二底座和第三底座呈正交分布设置，第一底座、第二底座和第三底座的截面均为U型结构，第一底座一侧外壁水平设有第一电机，第一底座两侧内壁均设有第一轴承座，两个第一轴承座之间水平设有第一丝杆，第一电机的输出轴通过联轴器和第一丝杆延伸至第一底座外侧的一端连接。本实用新型中使用新型无铅压力发电材料作为新型限位传感器，操作简单，使用方便，造价成本低，利于学生理解和掌握磁场相关知识点，适用于高校及科研研究等领域的精密磁场测量及研究等用途。

Description

一种3D空间磁场测量仪器

技术领域

本实用新型涉及测量仪器技术领域，具体而言，涉及一种3D空间磁场测量仪器。

背景技术

在中学和高校演示或研究磁场方向、产生原理、磁场基本特点、及磁场的运动相对性等性质时，需要使用到精密的演示/研究仪器，以便于学生能良好的理解磁场特性，更形象、直观的理解和学习磁场。另一方面，现有的从国外进口的仪器设备设计相对复杂、装置整体较大，价格昂贵，而且一些关键的技术，国外也进行封锁。而国内还没有找到完全适合教学、研究等领域的磁场测量的较简易装置。为此，我们提出一种3D空间磁场测量仪器。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种3D空间磁场测量仪器。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种3D空间磁场测量仪器，包括水平设置的第一底座、水平设置的第二底座和竖直设置的第三底座，且第一底座、第二底座和第三底座呈正交分布设置，所述第一底座、第二底座和第三底座的截面均为U型结构，所述第一底座一侧外壁水平设有第一电机，所述第一底座两侧内壁均设有第一轴承座，两个所述第一轴承座之间水平设有第一丝杆，所述第一电机的输出轴通过联轴器和第一丝杆延伸至第一底座外侧的一端连接，所述第一底座两侧内壁均设有第一安装座，两个所述第一安装座之间水平设有第一导向杆，所述第三底座位于第一底座正上方的位置处，所述第三底座底面竖直设有两个第一导板，所述第一导板内设有第一螺母，且第一螺母设置在第一丝杆的外围，所述第一导板内开设有第一导向孔，且第一导向杆位于第一导向孔内设置；

所述第三底座正上方的位置处竖直设有第三电机，所述第三底座内顶面、内顶面均设有第三轴承座，两个所述第三轴承座之间竖直设有第三丝杆，所述第三电机的输出轴通过联轴器和第三丝杆延伸至第三底座上方的一端连接，所述第三底座内顶面、内顶面均设有第三安装座，两个所述第三安装座之间竖直设有第三导向杆，所述第二底座位于第三底座一侧设置，所述第二底座一侧水平设有两个第三导板，所述第三导板内设有第三螺母，且第三螺母设置在第三丝杆外围，所述第三导板内开设有第三导向孔，且第三导向杆设置在第三导向孔内；

所述第二底座一侧水平设有第二电机，所述第二底座两侧内壁均设有第二轴承座，两个所述第二轴承座之间水平设有第二丝杆，所述第二电机的输出轴通过联轴器和第二丝杆延伸至第二底座外侧的一端连接，所述第二底座两侧内壁均设有第二安装座，两个所述第二安装座之间水平设有第二导向杆，所述第二底座一侧设有移动块体，所述移动块体一侧设有两个第二导板，所述第二导板内设有第二螺母，且第二丝杆设置在第二螺母内，所述第二导板内开设有第二导向孔，且第二导向杆位于第二导向孔内设置，所述移动块体一侧另一侧水平设有横杆，所述横杆另一端设有安装块，所述安装块外表面分布设有三个探头，且三个探头呈正交分布，所述探头通过数据线和电脑上位机连接；

所述第一电机、第二电机、第三电机均电性连接有控制台，所述控制台包括中央处理器，所述中央处理器电性连接有手动控制模块、自动控制模块，所述中央处理器电性连接有数据接收模块、数据储存模块和数据输出模块，且数据接收模块和数据储存模块电性连接，所述数据输出模块通过数据线和电脑端连接，所述中央处理器电性连接有止锁模块、供电模块和软件限位模块，所述中央处理器电性连接有X轴驱动器、Y轴驱动器和Z轴驱动器，所述X轴驱动器和第一电机电性连接，Y轴驱动器和第二电机电性连接，Z轴驱动器和第三电机电性连接，且第一电机、第二电机、第三电机均通过导线和供电模块连接。

进一步优选地，本实用新型提出的一种3D空间磁场测量仪器，其中所述第一底座两侧内壁均设有第一硬件限位开关，所述第二底座两侧内壁均设有第二硬件限位开关，所述第三底座两侧内壁均设有第三硬件限位开关。

进一步优选地，本实用新型提出的一种3D空间磁场测量仪器，其中所述第一硬件限位开关、第二硬件限位开关和第三硬件限位开关均采用无铅压力发电材料制作。

进一步优选地，本实用新型提出的一种3D空间磁场测量仪器，其中所述软件限位模块包括主控芯片，所述主控芯片电性连接有X轴软件限位模块、Y轴软件限位模块和Z轴软件限位模块，所述X轴软件限位模块电性连接有X轴软件限位开关，Y轴软件限位模块电性连接有Y轴软件限位开关，Z轴软件限位模块电性连接有Z轴软件限位开关，所述X轴软件限位开关设置在第一底座两侧内壁上，所述Y轴软件限位开关设置在第二底座两侧内壁上，所述Z轴软件限位开关设置在第三底座两侧内壁上。

进一步优选地，本实用新型提出的一种3D空间磁场测量仪器，其中所述第一电机和第一底座、第二电机和第二底座、第三电机和第三底座之间均通过固定架固定连接。

进一步优选地，本实用新型提出的一种3D空间磁场测量仪器，其中所述移动块体一侧通过螺钉设有固定环，且横杆一端固定在固定环和移动块体之间。

进一步优选地，本实用新型提出的一种3D空间磁场测量仪器，其中所述第二底座一侧设有导向板，所述导向板内开设有导向孔，且横杆贯穿导向孔设置。

进一步优选地，本实用新型提出的一种3D空间磁场测量仪器，其中所述第一电机、第二电机和第三电机均为步进电机。

进一步优选地，本实用新型提出的一种3D空间磁场测量仪器，其中所述探头为SS495A1霍尔传感器探头。

进一步优选地，本实用新型提出的一种3D空间磁场测量仪器，其中所述第一丝杆和第一导向杆相互平行设置，所述第二丝杆和第二导向杆相互平行设置，所述第三丝杆和第三导向杆相互平行设置。

与现有技术相比，本实用新型提出的一种3D空间磁场测量仪器，其有益效果在于：该3D空间磁场测量仪器通过第一电机的输出轴旋转带动第一丝杆旋转，进而使第一导板带动第三底座沿X轴移动，第二电机的输出轴旋转带动第二丝杆旋转，使移动块体沿Y方向移动，第三电机的输出轴旋转带动第三丝杆旋转，使第二底座沿Z方向移动，从而使探头在3D空间内移动，以测量3D空间磁场强度，另外还可以手动控制或自动控制，操作简单，使用方便，造价成本低，利于学生理解和掌握磁场相关知识点，适用于高校及科研研究等领域的精密磁场测量及研究等用途。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种3D空间磁场测量仪器的结构示意图；

图2为本实用新型提出的一种3D空间磁场测量仪器的俯视图；

图3为本实用新型提出的一种3D空间磁场测量仪器的侧视图；

图4为本实用新型提出的一种3D空间磁场测量仪器的系统框图；

图5为本实用新型提出的一种3D空间磁场测量仪器的软件限位模块系统框图。

图中：第一底座1、第一电机2、第一轴承座3、第一导向杆4、第一硬件限位开关5、第一导板6、第一导向孔7、第三丝杆8、第一螺母9、第一安装座10、第一丝杆11、第三硬件限位开关12、第二底座13、第二螺母14、第二轴承座15、第二丝杆16、第二安装座17、第二导向杆18、移动块体19、固定环20、横杆21、导向板22、安装块23、探头24、第二电机25、第二硬件限位开关26、第三导板27、第三螺母28、导向孔29、第三电机30、第三底座31、第三安装座32、第三导向杆33、第三轴承座34、第二导板35。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-5，一种3D空间磁场测量仪器，包括水平设置的第一底座1、水平设置的第二底座13和竖直设置的第三底座31，且第一底座1、第二底座13和第三底座31呈正交分布设置，第一底座1、第二底座13和第三底座31的截面均为U型结构；第一底座1、第二底座13和第三底座31共同组成测量仪器的框架结构。

第一底座1一侧外壁水平设有第一电机2，第一电机2和第一底座1之间通过固定架固定连接，第一电机2为步进电机，第一底座1两侧内壁均设有第一轴承座3，两个第一轴承座3之间水平设有第一丝杆11，第一电机2的输出轴通过联轴器和第一丝杆11延伸至第一底座1外侧的一端连接，第一底座1两侧内壁均设有第一安装座10，两个第一安装座10之间水平设有第一导向杆4，第一丝杆11和第一导向杆4相互平行设置；第一电机2通过导线和外接电源连接，第一电机2的型号为57BYG250C，第一电机2的输出轴旋转通过联轴器带动第一丝杆11在两个第一轴承座3之间旋转。

第三底座31位于第一底座1正上方的位置处，第三底座31底面竖直设有两个第一导板6，第一导板6内设有第一螺母9，且第一螺母9设置在第一丝杆11的外围，第一导板6内开设有第一导向孔7，且第一导向杆4位于第一导向孔7内设置；在第一螺母9和第一丝杆11螺纹连接的作用下，可使第一导板6带动第三底座31沿X方向移动，同时第一导向孔7和第一导向杆4起到导向的作用，以调节探头24的X坐标值。

第三底座31正上方的位置处竖直设有第三电机30，第三电机30为步进电机，第三电机30和第三底座31之间通过固定架固定连接，第三底座31内顶面、内顶面均设有第三轴承座34，两个第三轴承座34之间竖直设有第三丝杆8，第三电机30的输出轴通过联轴器和第三丝杆8延伸至第三底座31上方的一端连接；第三电机30通过导线和外接电源连接，第三电机30的型号为57BYG250C，第三电机30的输出轴旋转通过联轴器带动第三丝杆8在两个第三轴承座34之间旋转。

第三底座31内顶面、内顶面均设有第三安装座32，两个第三安装座32之间竖直设有第三导向杆33，第三丝杆8和第三导向杆33相互平行设置，第二底座13位于第三底座31一侧设置，第二底座13一侧水平设有两个第三导板27，第三导板27内设有第三螺母28，且第三螺母28设置在第三丝杆8外围，第三导板27内开设有第三导向孔，且第三导向杆33设置在第三导向孔内；在第三丝杆8和第三螺母28螺纹连接的作用下，使第三导板27带动第二底座13沿Z方向移动，同时第三导向杆33起到导向的作用，以调节探头24的Z坐标值。

第二底座13一侧水平设有第二电机25，第二电机25为步进电机，第二电机25和第二底座13之间通过固定架固定连接，第二底座13两侧内壁均设有第二轴承座15，两个第二轴承座15之间水平设有第二丝杆16，第二电机25的输出轴通过联轴器和第二丝杆16延伸至第二底座13外侧的一端连接，第二底座13两侧内壁均设有第二安装座17，两个第二安装座17之间水平设有第二导向杆18，第二丝杆16和第二导向杆18相互平行设置；第二电机25通过导线和外接电源连接，第二电机25的型号为57BYG250C，第二电机25的输出轴旋转通过联轴器带动第二丝杆16在两个第二轴承座15之间旋转。

第二底座13一侧设有移动块体19，移动块体19一侧设有两个第二导板35，第二导板35内设有第二螺母14，且第二丝杆16设置在第二螺母14内，第二导板35内开设有第二导向孔，且第二导向杆18位于第二导向孔内设置；在第二丝杆16和第二螺母14螺纹连接的作用下，使第二导板35带动移动块体19沿Y方向移动，同时第二导向杆18起到导向的作用，以调节探头24的Y坐标值，探头24可探测3D空间的磁场。

移动块体19一侧另一侧水平设有横杆21，移动块体19一侧通过螺钉设有固定环20，且横杆21一端固定在固定环20和移动块体19之间，第二底座13一侧设有导向板22，导向板22内开设有导向孔29，且横杆21贯穿导向孔29设置；移动块体19通过固定环20固定住横杆21，横杆21可在导向孔29内移动，通过螺钉可拆卸的设有固定环20，方便维修及更换横杆21。

横杆21另一端设有安装块23，安装块23外表面分布设有三个探头24，探头24为SS495A1霍尔传感器探头，且三个探头24呈正交分布，探头24通过数据线和电脑上位机连接；横杆21通过安装块23固定探头24，探头24可测量磁场大小及方向。

第一底座1两侧内壁均设有第一硬件限位开关5，第二底座13两侧内壁均设有第二硬件限位开关26，第三底座31两侧内壁均设有第三硬件限位开关12，第一硬件限位开关5、第二硬件限位开关26和第三硬件限位开关12均采用无铅压力发电材料制作；第一硬件限位开关5可限位X方向的移动，第二硬件限位开关26可限位Y方向的移动，第三硬件限位开关12可限位Z方向的移动，进而保护第一底座1、第二底座13和第三底座31。

第一电机2、第二电机25、第三电机30均电性连接有控制台，控制台包括中央处理器，中央处理器型号为STC89C52，中央处理器电性连接有手动控制模块、自动控制模块，中央处理器电性连接有数据接收模块、数据储存模块和数据输出模块，且数据接收模块和数据储存模块电性连接，数据输出模块通过数据线和电脑端连接，中央处理器电性连接有止锁模块、供电模块和软件限位模块，中央处理器电性连接有X轴驱动器、Y轴驱动器和Z轴驱动器，X轴驱动器和第一电机2电性连接，Y轴驱动器和第二电机25电性连接，Z轴驱动器和第三电机30电性连接，且第一电机2、第二电机25、第三电机30均通过导线和供电模块连接；探头24测量的数据经数据线传送到数据接收模块，同时数据储存模块储存数据，然后数据经数据输出模块传递给电脑端，止锁模块可通过中央处理器控制X轴驱动器、Y轴驱动器和Z轴驱动器，进而控制第一电机2、第二电机25和第三电机30。

软件限位模块包括主控芯片，主控芯片的型号为IFP800，主控芯片电性连接有X轴软件限位模块、Y轴软件限位模块和Z轴软件限位模块，X轴软件限位模块电性连接有X轴软件限位开关，Y轴软件限位模块电性连接有Y轴软件限位开关，Z轴软件限位模块电性连接有Z轴软件限位开关，X轴软件限位开关设置在第一底座1两侧内壁上，Y轴软件限位开关设置在第二底座13两侧内壁上，Z轴软件限位开关设置在第三底座31两侧内壁上；当触碰到X轴软件限位开关、Y轴软件限位开关或Z轴软件限位开关时，通过X轴软件限位模块、Y轴软件限位模块和Z轴软件限位模块可实现软件限位的作用，进而可以保护装置。

工作原理：探头24测量的数据经数据线传送到控制台，控制台把数据传送给电脑端，电脑端上位机采用Arduino开源开发平台及MATLAB混合实现，能实现对上传的三维坐标值、当前测量点三维磁场正交分量采集数据进行图像成像及数据处理，利于学生的学习及理解，另外还可以手动定点测量也可以自动测量，手动定点测量时，手动按键控制移动，1mm/步移动，进而实现磁场强度定点精确测量，在自动找磁场源之前，先归零探头24，系统建立归零三轴空间坐标系，然后通过中央处理器控制探头24先测量X轴某点磁场强度，找到磁场源大概位置后，然后保持在同一水平面内找四个测量点，然后调整Z轴高度，逐个平面的测量，进而确定磁场源，坐标位置及磁场强度测量值输入电脑，然后通过电脑端MATLAB转换成图像。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D空间磁场测量仪器，包括水平设置的第一底座(1)、水平设置的第二底座(13)和竖直设置的第三底座(31)，且第一底座(1)、第二底座(13)和第三底座(31)呈正交分布设置，其特征在于，所述第一底座(1)、第二底座(13)和第三底座(31)的截面均为U型结构，所述第一底座(1)一侧外壁水平设有第一电机(2)，所述第一底座(1)两侧内壁均设有第一轴承座(3)，两个所述第一轴承座(3)之间水平设有第一丝杆(11)，所述第一电机(2)的输出轴通过联轴器和第一丝杆(11)延伸至第一底座(1)外侧的一端连接，所述第一底座(1)两侧内壁均设有第一安装座(10)，两个所述第一安装座(10)之间水平设有第一导向杆(4)，所述第三底座(31)位于第一底座(1)正上方的位置处，所述第三底座(31)底面竖直设有两个第一导板(6)，所述第一导板(6)内设有第一螺母(9)，且第一螺母(9)设置在第一丝杆(11)的外围，所述第一导板(6)内开设有第一导向孔(7)，且第一导向杆(4)位于第一导向孔(7)内设置；

所述第三底座(31)正上方的位置处竖直设有第三电机(30)，所述第三底座(31)内顶面、内顶面均设有第三轴承座(34)，两个所述第三轴承座(34)之间竖直设有第三丝杆(8)，所述第三电机(30)的输出轴通过联轴器和第三丝杆(8)延伸至第三底座(31)上方的一端连接，所述第三底座(31)内顶面、内顶面均设有第三安装座(32)，两个所述第三安装座(32)之间竖直设有第三导向杆(33)，所述第二底座(13)位于第三底座(31)一侧设置，所述第二底座(13)一侧水平设有两个第三导板(27)，所述第三导板(27)内设有第三螺母(28)，且第三螺母(28)设置在第三丝杆(8)外围，所述第三导板(27)内开设有第三导向孔，且第三导向杆(33)设置在第三导向孔内；

所述第二底座(13)一侧水平设有第二电机(25)，所述第二底座(13)两侧内壁均设有第二轴承座(15)，两个所述第二轴承座(15)之间水平设有第二丝杆(16)，所述第二电机(25)的输出轴通过联轴器和第二丝杆(16)延伸至第二底座(13)外侧的一端连接，所述第二底座(13)两侧内壁均设有第二安装座(17)，两个所述第二安装座(17)之间水平设有第二导向杆(18)，所述第二底座(13)一侧设有移动块体(19)，所述移动块体(19)一侧设有两个第二导板(35)，所述第二导板(35)内设有第二螺母(14)，且第二丝杆(16)设置在第二螺母(14)内，所述第二导板(35)内开设有第二导向孔，且第二导向杆(18)位于第二导向孔内设置，所述移动块体(19)一侧另一侧水平设有横杆(21)，所述横杆(21)另一端设有安装块(23)，所述安装块(23)外表面分布设有三个探头(24)，且三个探头(24)呈正交分布，所述探头(24)通过数据线和电脑上位机连接；

所述第一电机(2)、第二电机(25)、第三电机(30)均电性连接有控制台，所述控制台包括中央处理器，所述中央处理器电性连接有手动控制模块、自动控制模块，所述中央处理器电性连接有数据接收模块、数据储存模块和数据输出模块，且数据接收模块和数据储存模块电性连接，所述数据输出模块通过数据线和电脑端连接，所述中央处理器电性连接有止锁模块、供电模块和软件限位模块，所述中央处理器电性连接有X轴驱动器、Y轴驱动器和Z轴驱动器，所述X轴驱动器和第一电机(2)电性连接，Y轴驱动器和第二电机(25)电性连接，Z轴驱动器和第三电机(30)电性连接，且第一电机(2)、第二电机(25)、第三电机(30)均通过导线和供电模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种3D空间磁场测量仪器，其特征在于，所述第一底座(1)两侧内壁均设有第一硬件限位开关(5)，所述第二底座(13)两侧内壁均设有第二硬件限位开关(26)，所述第三底座(31)两侧内壁均设有第三硬件限位开关(12)。

3.根据权利要求2所述的一种3D空间磁场测量仪器，其特征在于，所述第一硬件限位开关(5)、第二硬件限位开关(26)和第三硬件限位开关(12)均采用无铅压力发电材料制作。

4.根据权利要求1所述的一种3D空间磁场测量仪器，其特征在于，所述软件限位模块包括主控芯片，所述主控芯片电性连接有X轴软件限位模块、Y轴软件限位模块和Z轴软件限位模块，所述X轴软件限位模块电性连接有X轴软件限位开关，Y轴软件限位模块电性连接有Y轴软件限位开关，Z轴软件限位模块电性连接有Z轴软件限位开关，所述X轴软件限位开关设置在第一底座(1)两侧内壁上，所述Y轴软件限位开关设置在第二底座(13)两侧内壁上，所述Z轴软件限位开关设置在第三底座(31)两侧内壁上。

5.根据权利要求1所述的一种3D空间磁场测量仪器，其特征在于，所述第一电机(2)和第一底座(1)、第二电机(25)和第二底座(13)、第三电机(30)和第三底座(31)之间均通过固定架固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种3D空间磁场测量仪器，其特征在于，所述移动块体(19)一侧通过螺钉设有固定环(20)，且横杆(21)一端固定在固定环(20)和移动块体(19)之间。

7.根据权利要求1所述的一种3D空间磁场测量仪器，其特征在于，所述第二底座(13)一侧设有导向板(22)，所述导向板(22)内开设有导向孔(29)，且横杆(21)贯穿导向孔(29)设置。

8.根据权利要求1所述的一种3D空间磁场测量仪器，其特征在于，所述第一电机(2)、第二电机(25)和第三电机(30)均为步进电机。

9.根据权利要求1所述的一种3D空间磁场测量仪器，其特征在于，所述探头(24)为SS495A1霍尔传感器探头。

10.根据权利要求1所述的一种3D空间磁场测量仪器，其特征在于，所述第一丝杆(11)和第一导向杆(4)相互平行设置，所述第二丝杆(16)和第二导向杆(18)相互平行设置，所述第三丝杆(8)和第三导向杆(33)相互平行设置。