專利名稱：三維亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材，尤其涉及一種三維亥姆霍茲線圈磁場(chǎng) 實(shí)驗(yàn)儀。
背景技術(shù)：
亥姆霍茲線圈一般用于產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)。在離線圈中心的某個(gè)空間內(nèi)，具有 較高的磁場(chǎng)均勻度。但傳統(tǒng)的亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀只設(shè)有二維的移動(dòng)測(cè)量 機(jī)構(gòu)，所以只能用于亥姆霍茲線圈的某個(gè)平面內(nèi)的磁場(chǎng)測(cè)量，無(wú)法在某個(gè)空間 內(nèi)全面地研究亥姆霍茲線圈的磁場(chǎng)分布規(guī)律，實(shí)驗(yàn)具有局限性。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型主要解決原有亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀只能用于亥姆霍茲線圈 的二維磁場(chǎng)測(cè)量、無(wú)法全面地研究亥姆霍茲線圈的磁場(chǎng)分布規(guī)律的技術(shù)問(wèn)題； 提供一種能進(jìn)行亥姆霍茲線圈的三維磁場(chǎng)測(cè)量、能全面地研究亥姆霍茲線圈的 磁場(chǎng)分布規(guī)律的三維亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀。本實(shí)用新型的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的本實(shí)用 新型包括實(shí)驗(yàn)主機(jī)及測(cè)試架，所述的測(cè)試架包括底板及設(shè)于底板上的兩個(gè)互相 平行的繞有亥姆霍茲線圈的支架、帶有霍爾元件的二維移動(dòng)裝置，所述的二維 移動(dòng)裝置上設(shè)有Z向?qū)к?，Z向?qū)к壣显O(shè)有上下滑塊，所述的霍爾元件設(shè)于上下 滑塊上。實(shí)驗(yàn)時(shí)，亥姆霍茲線圈、霍爾元件與實(shí)驗(yàn)主機(jī)電連接。上下滑塊可沿 著Z向?qū)к壔瑒?dòng)，從而改變霍爾元件的垂直位置，而二維移動(dòng)裝置可以左右、 前后移動(dòng)，從而改變霍爾元件在同一平面里的位置。二維移動(dòng)裝置和Z向?qū)к?構(gòu)成三維移動(dòng)裝置，這樣霍爾元件可在三維空間獲得不同的位置，測(cè)出相應(yīng)的 磁感應(yīng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)亥姆霍茲線圈三維空間的磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量，獲得全面的亥姆 霍茲線圈的磁場(chǎng)分布規(guī)律。作為優(yōu)選，所述的兩個(gè)支架位于底板的一側(cè)，所述的二維移動(dòng)裝置位于底 板的另一側(cè)，所述的上下滑塊上連接有沿亥姆霍茲線圈的軸線方向放置的金屬 管，所述的霍爾元件設(shè)于金屬管靠近亥姆霍茲線圈的一頭。使霍爾元件既可位 于兩線圈之間，也可位于兩線圈之外，便于測(cè)量亥姆霍茲線圏軸線上各點(diǎn)的磁 感應(yīng)強(qiáng)度，進(jìn)一步確保獲得全面的磁場(chǎng)分布規(guī)律。
作為優(yōu)選，所述的金屬管、z向?qū)к壌┰O(shè)于上下滑塊中，上下滑塊上通過(guò)螺紋連接有兩個(gè)螺釘，兩個(gè)螺釘?shù)奈捕朔謩e頂住金屬管的側(cè)面、導(dǎo)軌的側(cè)面。便 于調(diào)節(jié)滑塊的垂直位置以及金屬管的水平位置，同時(shí)確保調(diào)節(jié)到所需位置后各 部件牢固連接。
作為優(yōu)選，與霍爾元件相連的導(dǎo)線從所述的金屬管中穿出。與霍爾元件相 連的導(dǎo)線的另一頭要與實(shí)驗(yàn)主機(jī)連接，金屬管起屏蔽作用，確?；魻栐y(cè)得 的磁感應(yīng)強(qiáng)度不受千擾。
作為優(yōu)選，所述的二維移動(dòng)裝置包括安裝于底板上的一至三根與亥姆霍茲線圈平行的Y向?qū)к壖霸O(shè)于Y向?qū)к壣系腦向?qū)к墸琗向?qū)к壣显O(shè)有左右滑塊， 所述的Z向?qū)к夁B接于左右滑塊上。X向?qū)к壙裳豗向?qū)к壱苿?dòng)，左右滑塊可沿 X向?qū)к壱苿?dòng)，移動(dòng)X向?qū)к?、左右滑塊，就能使霍爾元件在同一平面內(nèi)獲得不 同的位置。
作為優(yōu)選，所述的X向?qū)к壍淖笥覂深^通過(guò)螺紋連接有蠊釘，兩側(cè)的Y向 導(dǎo)軌中間設(shè)有卡槽，所述的螺釘尾部與卡槽卡接。擰松螺釘，移動(dòng)X向?qū)к墸?確定霍爾元件的Y向位置，再擰緊螺釘。調(diào)節(jié)比較方便，位置確定后又不易偏移。作為優(yōu)選，所述的X向?qū)к壍那昂髠?cè)、上平面均設(shè)有凹槽；所述的左右滑 塊的截面呈倒置的"凹"形，其左右兩個(gè)內(nèi)側(cè)面上沿水平方向分別設(shè)有兩個(gè)滑 輪，這四個(gè)滑輪分別頂住X向?qū)к壍那昂髠?cè)的凹槽的上平面；左右滑塊的頂面 也設(shè)有一個(gè)滑輪，該滑輪壓在X向?qū)к壍纳掀矫娴陌疾凵?。五個(gè)滑輪在X向?qū)?軌的前后側(cè)、上平面的凹槽上滾動(dòng)，帶動(dòng)左右滑塊沿X向?qū)к壱苿?dòng)，減少左右 滑塊移動(dòng)時(shí)所受的摩擦力，使移動(dòng)更順利。作為優(yōu)選，所述的X向?qū)к?、Y向?qū)к墶向?qū)к壣戏謩e設(shè)有位置指示標(biāo)尺。 無(wú)需另外再使用尺子，就能快速?gòu)娜齻€(gè)位置指示標(biāo)尺上獲得霍爾元件的三維空 間坐標(biāo)。作為優(yōu)選，所述的兩個(gè)支架之間的底板上設(shè)有滑槽，其中的一個(gè)支架通過(guò) 螺釘安裝于滑槽上。擰松螺釘，沿滑槽移動(dòng)支架，再擰緊。便于改變兩個(gè)亥姆 霍茲線圈的間距，從而測(cè)量?jī)蓚€(gè)通電圓線圈不同間距時(shí)的線圈軸線上各點(diǎn)的磁 感應(yīng)強(qiáng)度。本實(shí)用新型的有益效果是通過(guò)在Y向?qū)к壣弦苿?dòng)X向?qū)к?、在X向?qū)к壣弦苿?dòng)左右滑塊、在z向?qū)к壣弦苿?dòng)上下滑塊，可改變霍爾元件在三維空間中 的位置，從而可測(cè)量亥姆霍茲線圈三維空間的磁感應(yīng)強(qiáng)度；移動(dòng)其中一個(gè)繞有 亥姆霍茲線圈的支架，改變兩線圈的間距，可測(cè)量?jī)蓚€(gè)通電圓線圈不同間距時(shí) 的線圈軸線上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。確保獲得全面的亥姆霍茲線圈的磁場(chǎng)分布規(guī) 律，實(shí)驗(yàn)種類多樣。


圖1是本實(shí)用新型中測(cè)試架的一種立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型中X向?qū)к壓妥笥一瑝K的連接關(guān)系示意圖。 圖3是本實(shí)用新型中實(shí)驗(yàn)主機(jī)的前面板示意圖。圖中l(wèi).底板，2.亥姆霍茲線圈，3.支架，4.霍爾元件，5.Z向?qū)к墸?.上下 滑塊，7.金屬管，8-1.螺釘，8-2.螺釘，9.導(dǎo)線，IO.滑槽，ll.Y向?qū)к墸?2. X 向?qū)к墸?3.左右滑塊，14.卡槽，15.凹槽，16.滑輪，20.30.40.三位半數(shù)顯表， 21.勵(lì)磁電流輸出端，22. 32.電流調(diào)節(jié)旋鈕，23. 33. 43.換向開關(guān)，31.霍爾工 作電流輸出端，41.霍爾電壓輸入端，42.調(diào)零旋鈕。 。
具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的 說(shuō)明。
實(shí)施例1:本實(shí)施例的三維亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀，包括實(shí)驗(yàn)主機(jī)及與實(shí) 驗(yàn)主機(jī)電連接的測(cè)試架。如圖l、圖2所示，測(cè)試架包括底板l，底板l的一側(cè)安裝有兩個(gè)互相平行的繞有亥姆霍茲線圈2的支架3，底板的另一側(cè)安裝有三維 移動(dòng)裝置。三維移動(dòng)裝置包括三根Y向?qū)к塴l、 一根X向?qū)к?2、 一根Z向?qū)?軌5。 Y向?qū)к塴l與亥姆霍茲線圈2平行。X向?qū)к壙缃釉赮向?qū)к壣?，X向?qū)?軌12的兩頭通過(guò)螺紋連接有螺釘8-2，左右兩根Y向?qū)к?1中間開有卡槽14， 螺釘8-2尾部與卡槽14卡接。X向?qū)к?2上設(shè)有左右滑塊13， X向?qū)к?2的 前后側(cè)、上平面均有凹槽15，左右滑塊13的截面呈倒置的"凹"形，其左右兩 個(gè)內(nèi)側(cè)面上沿水平方向分別安裝有兩個(gè)滑輪16，這四個(gè)滑輪分別頂住X向?qū)к?12的前后側(cè)的凹槽的上平面；左右滑塊13的頂面也安裝有一個(gè)滑輪16，該滑 輪壓在X向?qū)к?2的上平面的凹槽15上。左右滑塊13上安裝有Z向?qū)к?, Z 向?qū)к?上穿有上下滑塊6，上下滑塊6上還穿有沿亥姆霍茲線圈2的軸線方向 放置的金屬管7，上下滑塊6上通過(guò)螺紋連接有兩個(gè)螺釘8-l，兩個(gè)螺釘8-l的 尾端分別頂住金屬管7的側(cè)面、Z向?qū)к?的側(cè)面，金屬管7的靠近亥姆霍茲線 圈的一頭安裝有霍爾元件4，與霍爾元件4相連的導(dǎo)線9從金屬管7中穿出。X 向?qū)к?2、 Y向?qū)к?1、 Z向?qū)к?上分別標(biāo)示了位置指示標(biāo)尺。兩個(gè)繞有亥 姆霍茲線圈2的支架3之間的底板1上開有滑槽10，位于底板內(nèi)側(cè)的支架3通 過(guò)螺釘安裝于滑槽10上。實(shí)驗(yàn)主機(jī)是個(gè)箱式裝置，前面板分為三部分，如圖3所示1、 勵(lì)磁電流輸出前面板右側(cè)，三位半數(shù)顯表20顯示輸出電流值，勵(lì)磁 電流輸出端21接到測(cè)試架的亥姆霍茲線圈2，提供實(shí)驗(yàn)用的勵(lì)磁電流，電流調(diào) 節(jié)旋鈕22調(diào)節(jié)輸出電流值。2、 霍爾元件工作電流輸出前面板左側(cè)，三位半數(shù)顯表30顯示輸出電流 值，霍爾工作電流輸出端31接霍爾元件4，用于提供霍爾元件的工作電流，電 流調(diào)節(jié)旋鈕32調(diào)節(jié)輸出電流值。3、 霍爾元件電壓輸入:前面板中部，三位半數(shù)顯表40顯示輸入電壓值， 霍爾電壓輸入端41接霍爾元件4，用于測(cè)量霍爾元件的霍爾電壓，調(diào)零旋鈕42 用于調(diào)節(jié)三位半數(shù)顯表40的零位，使測(cè)量更精確。與上述三部份對(duì)應(yīng)的三檔換向開關(guān)23、 33、 43分別對(duì)勵(lì)磁電流、霍爾元件工作電流、霍爾元件電壓進(jìn)行正反向換向控制。在Y向?qū)к壣弦苿?dòng)X向?qū)к?，改變霍爾元件的Y向位置；在X向?qū)к壣弦?動(dòng)左右滑塊，改變霍爾元件的X向位置；在Z向?qū)к壣弦苿?dòng)上下滑塊，改變霍 爾元件的Z向位置。另外，上下滑塊中移動(dòng)金屬管，也可改變霍爾元件的X向 位置，用于確保兩線圈不同間距時(shí)，霍爾元件的零位始終處于兩線圈中間。從而可方便地設(shè)定霍爾元件的三維位置，并得到相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。由此實(shí)現(xiàn)亥 姆霍茲線圈的三維磁場(chǎng)測(cè)量，便于全面地研究亥姆霍茲線圈的磁場(chǎng)分布規(guī)律。 使用本實(shí)用新型，可進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)測(cè)量單個(gè)通電圓線圈中磁感應(yīng)強(qiáng)度、 測(cè)量亥姆霍茲線圈軸線上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度、測(cè)量亥姆霍茲線圈不同間距時(shí)線 圈軸線上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度、測(cè)量亥姆霍茲線圈軸線外各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
權(quán)利要求1.一種三維亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀，包括實(shí)驗(yàn)主機(jī)及與實(shí)驗(yàn)主機(jī)電連接的測(cè)試架，所述的測(cè)試架包括底板(1)及設(shè)于底板(1)上的兩個(gè)互相平行的繞有亥姆霍茲線圈(2)的支架(3)、帶有霍爾元件(4)的二維移動(dòng)裝置，其特征在于所述的二維移動(dòng)裝置上設(shè)有Z向?qū)к?5)，Z向?qū)к?5)上設(shè)有上下滑塊(6)，所述的霍爾元件(4)設(shè)于上下滑塊(6)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述 的兩個(gè)支架(3)位于底板(1)的一側(cè)，所述的二維移動(dòng)裝置位于底板(1)的 另一側(cè)，所述的上下滑塊(6)上連接有沿亥姆霍茲線圈(2)的軸線方向放置 的金屬管(7)，所述的霍爾元件(4)設(shè)于金屬管(7)靠近亥姆霍茲線圈(2) 的一頭。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述 的金屬管(7)、 Z向?qū)к?5)穿設(shè)于上下滑塊(6)中，上下滑塊(6)上通過(guò) 螺紋連接有兩個(gè)螺釘(8-1)，兩個(gè)螺釘(8-1)的尾端分別頂住金屬管(7)的 側(cè)面、Z向?qū)к?5)的側(cè)面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于與所 述的霍爾元件(4)相連的導(dǎo)線(9)從所述的金屬管(7)中穿出。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于 所述的二維移動(dòng)裝置包括安裝于底板(1)上的一至三根與亥姆霍茲線圈(2) 平行的Y向?qū)к?11)及設(shè)于Y向?qū)к?11)上的X向?qū)к?12)， X向?qū)к?12) 上設(shè)有左右滑塊(13)，所述的Z向?qū)к?5)連接于左右滑塊(13)上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述 的X向?qū)к?12)的兩頭通過(guò)螺紋連接有螺釘(8-2)，兩側(cè)的Y向?qū)к?11)中間設(shè)有卡槽(14)，所述的螺釘(8-2)尾部與卡槽(14)卡接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述 的X向?qū)к?12)的前后側(cè)、上平面均設(shè)有凹槽(15);所述的左右滑塊(13) 的截面呈倒置的"凹"形，其左右兩個(gè)內(nèi)側(cè)面上沿水平方向分別設(shè)有兩個(gè)滑輪(16)，這四個(gè)滑輪分別頂住X向?qū)к?12)的前后側(cè)的凹槽的上平面；左右滑 塊(13)的頂面也設(shè)有一個(gè)滑輪(16),該滑輪壓在X向?qū)к?12)的上平面的 凹槽(15)上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于 所述的X向?qū)к?12)、 Y向?qū)к?11)、 Z向?qū)к?5)上分別設(shè)有位置指示標(biāo) 尺。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于 所述的兩個(gè)支架(3)之間的底板(1)上設(shè)有滑槽(10)，其中的一個(gè)支架(3) 通過(guò)螺釘安裝于滑槽(10)上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種三維亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀，它包括實(shí)驗(yàn)主機(jī)及與實(shí)驗(yàn)主機(jī)電連接的測(cè)試架，測(cè)試架包括底板，底板的一側(cè)安裝有兩個(gè)互相平行的繞有亥姆霍茲線圈的支架，底板的另一側(cè)安裝有與亥姆霍茲線圈平行的Y向?qū)к?，Y向?qū)к壣峡缃覺(jué)向?qū)к?，X向?qū)к壣涎b有帶有Z向?qū)к壍淖笥一瑝K，Z向?qū)к壣显O(shè)有上下滑塊，上下滑塊上連接有沿亥姆霍茲線圈的軸線方向放置的金屬管，金屬管靠近亥姆霍茲線圈的一頭安裝有霍爾元件。本實(shí)用新型通過(guò)移動(dòng)X向?qū)к?、左右滑塊、上下滑塊改變霍爾元件在三維空間中的位置，從而可測(cè)量亥姆霍茲線圈三維空間的磁感應(yīng)強(qiáng)度，確保獲得全面的亥姆霍茲線圈的磁場(chǎng)分布規(guī)律。
文檔編號(hào)G09B23/00GK201017506SQ20072010645
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日
發(fā)明者唐一波, 鄭志榮, 駱冠松 申請(qǐng)人:杭州大華儀器制造有限公司