專利名稱：一種磁體磁場角度測量系統(tǒng)和測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁體磁場角度測量系統(tǒng)和其相關(guān)測量方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
有些高精度傳感器及設(shè)備，對永磁體的物理軸線與磁場軸線的夾角提出了較高的要 求，如圖1所示，Z表示永磁體的物理軸線，4)表示磁場的軸線，9表示兩者的夾角。
而磁場是看不見摸不著的客觀存在的物質(zhì)，因此，永磁體在生產(chǎn)過程中無法保證永 磁體的物理軸線與磁場軸線保持一定的角度，只能在永磁體生產(chǎn)好后，對該產(chǎn)品的磁角 進(jìn)行測量，從中挑選符合要求的產(chǎn)品。對磁角的測量有多種方法，其中比較常用的方法 是利用測量線圈及磁通測量表，對永磁體進(jìn)行多點(diǎn)的磁通量測量，最后再通過人工計(jì)算， 得出永磁體磁場角度。這種方法效率低，精度差，無法適應(yīng)現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要，實(shí)用 價(jià)值有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的首要技術(shù)問題是提供一種使用方便、測量效率高、精度好的磁體 磁場角度測量系統(tǒng)。
本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種使用方便、測量效率高、精度好的磁 體磁場角度測量方法。
本發(fā)明解決上述首要技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 一種磁體磁場角度測量系統(tǒng)， 其特征在于包括單片機(jī)控制器、至少二組以上的電磁感應(yīng)線圈所構(gòu)成的至少二維以上的 檢測線圈，各組線圈的輸出連接各自通道的積分電路，而各自通道積分電路的輸出經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換電路連接到單片機(jī)控制器的輸入端；
或者是，各組線圈的輸出經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路連接到單片機(jī)控制器的輸入端，單片機(jī) 控制器帶有對信號(hào)進(jìn)行數(shù)字積分功能模塊；
或者是，各組線圈的輸出連接各自通道電壓頻率轉(zhuǎn)換電路的輸入，而各自通道電壓 頻率轉(zhuǎn)換電路的輸出通過計(jì)數(shù)電路連接到單片機(jī)控制器的輸入端。
作為優(yōu)選，所述的電磁感應(yīng)線圈采用兩組的時(shí)候，以垂直于地面的磁通分量》a為 參考，二個(gè)電磁感應(yīng)線圈的軸線的水平投影構(gòu)成了除O與180度以外的任意角度，同時(shí)，它們的軸線與磁體的磁通理論軸線的垂直投影是一個(gè)不等于90度的角度，使二組電磁 感應(yīng)線圈的軸線與磁體的物理軸線構(gòu)成一個(gè)三維空間。
進(jìn)一步改進(jìn)，所述的二個(gè)電磁感應(yīng)線圈的軸線的水平投影互成90度，以提高測量 精度。
作為優(yōu)選，所述的電磁感應(yīng)線圈采用三組的時(shí)候，X組線圈、Y組線圈和Z組線圈 相互垂直構(gòu)成三維檢測線圈，簡單實(shí)用。
作為改進(jìn)，所述的通道積分電路帶有放大電路，或者是各組線圈的輸出接各自通道 放大電路后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路連接到單片機(jī)控制器的輸入端；或者是各組線圈的輸出接 各自通道放大電路后，再連接電壓頻率轉(zhuǎn)換電路，以便于對微弱的磁場也能測量使用， 擴(kuò)大測量的量程范圍。
作為改進(jìn)，所述的通道積分電路采用集成電路組成的模擬積分器，并帶有自動(dòng)調(diào)零 電路，考慮到集成模擬積分器帶來不可克服的失調(diào)電壓與失調(diào)電流，從而產(chǎn)生具有固有 的零點(diǎn)漂移，為了克服零點(diǎn)漂移，以提高積分精度，減小非線性誤差，必須加自動(dòng)調(diào)零 電路。
作為改進(jìn)，所述的電磁感應(yīng)線圈采用同等規(guī)格的亥姆霍茲線圈。因?yàn)楹ツ坊羝澗€圈 的均勻磁場空間可以測量開路磁體的磁通量；而且亥姆霍茲線圈在兩個(gè)線圈間有間隙， 便于磁體的進(jìn)出；最后在制作多維線圈時(shí)，以便于疊繞。
進(jìn)一步改進(jìn)，所述的單片機(jī)控制器連接有鍵盤、顯示屏和聲音指示器件，這樣單片
機(jī)控制器可以通過鍵盤用來接收人工對儀器的干預(yù)，包括各組線圈常數(shù)的設(shè)置、各檔量
程的修正、角度和磁通量的上下限設(shè)定、人工調(diào)零、量程轉(zhuǎn)換、或者磁通量顯示通道選
擇，并通過聲音提示被測磁體的角度或磁通量是否超過上、下限，方便使用。
最后，所述的各自電磁線圈置于接了地的金屬鐵箱中，以避免受到外磁場的干擾影響。
本發(fā)明解決上述另一個(gè)技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 一種磁體磁場角度測量方 法，其特征在于采用至少二組以上的電磁感應(yīng)線圈組成了至少二維及二維以上的檢測線
圈，使磁通分別穿過所述的各組線圈，各組線圈的感應(yīng)電勢輸出到各自通道模擬積分電 路，通過A/D轉(zhuǎn)換電路，輸送到單片機(jī)控制器；或者是，各組線圈的感應(yīng)電勢，通過 A/D轉(zhuǎn)換電路，輸送到具有數(shù)字積分功能的單片機(jī)控制器；或者是，各組線圈的感應(yīng)電 勢輸出到各自通道電壓頻率轉(zhuǎn)換電路，通過計(jì)數(shù)電路，輸送到單片機(jī)控制器；根據(jù)物理 數(shù)學(xué)模型中磁通量與上述的積分值的線性關(guān)系，計(jì)算出磁體在各自方向上的磁通量，然 后獲得磁體實(shí)際軸線與物理軸線或理論軸線之間構(gòu)成的磁場角度。
作為優(yōu)選，所述的電磁感應(yīng)線圈采用兩組的時(shí)候，以垂直于地面的磁通分量4)a為 參考，二個(gè)電磁線圈的軸線的水平投影構(gòu)成了除O與180度以外的任意角度，同時(shí)，它
們的軸線與磁通的理論軸線的垂直投影是一個(gè)不等于90度的角度。
進(jìn)一步改進(jìn)，所述的二個(gè)電磁感應(yīng)線圈的軸線的水平投影互成90度，以提高測量精度。
作為優(yōu)選，所述的電磁線圈采用三組的時(shí)候，X組線圈、Y組線圈和Z組線圈相互 垂直構(gòu)成三維檢測線圈，簡單實(shí)用。
作為改進(jìn)，所述的通道積分電路帶有放大電路，或者是各組線圈的輸出接各自通道 放大電路后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路連接到單片機(jī)控制器的輸入端；或者是各組線圈的輸出接 各自通道放大電路后，再連接電壓頻率轉(zhuǎn)換電路，以便于對微弱的磁場也能測量使用， 擴(kuò)大測量的量程范圍。
進(jìn)一步改進(jìn)，所述的單片機(jī)控制器通過鍵盤用來接收人工對儀器的干預(yù)，包括各組 線圈常數(shù)的設(shè)置、各檔量程的修正、角度和磁通量的上下限設(shè)定、人工調(diào)零、量程轉(zhuǎn)換、 或者磁通量顯示通道選擇，并通過聲音提示被測磁體的角度或磁通量是否超過上、下限 而發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警聲音，以方便操作人員使用，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:采用多維線圈結(jié)合單片機(jī)控制器的數(shù)字電路， 對磁體的磁場的各個(gè)維進(jìn)行數(shù)字化測量，測量精度高，使用方便，效率高，大大降低勞 動(dòng)強(qiáng)度，減少勞動(dòng)成本，電路結(jié)構(gòu)簡單合理，容易制造和使用，可以在一些傳感器和設(shè) 備上磁體的磁場方向與磁體物理參考軸之間角度測量上應(yīng)用。


圖1為磁體的磁場實(shí)際方向與磁體物理參考軸之間角度的示意圖； 圖2為磁體的磁場方向與磁體物理參考軸之間矢量角度的示意圖； 圖3為矢量投影關(guān)系示意圖； 圖4為空間矢量相加示意圖5為二個(gè)線圈構(gòu)成一個(gè)三維測量的投影線示意圖6三維線圈的軸線示意圖7為三維線圈的示意圖8為本發(fā)明的測量系統(tǒng)的電路模塊圖之一；
圖9為本發(fā)明的測量系統(tǒng)的電路模塊圖之二；
圖IO為本發(fā)明的測量系統(tǒng)的電路模塊圖之三；
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
眾所周知，當(dāng)一永磁體從線圈的外部移入線圈內(nèi)或從線圈內(nèi)移到線圈外部時(shí)，線圈 中的磁通量會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)法拉第定律，在線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢。
本發(fā)明將電磁互換理論和測量線圈組，應(yīng)用到永磁體磁場測量中。對于一個(gè)永磁體的磁通可用如下圖1來表示，其中Z表示永磁體的物理軸線，》表示磁場的實(shí)際軸線， 0表示兩者的夾角。
如果用Z軸線與4)軸線構(gòu)成的平面來表示的話有如圖2所示。 其中cK是磁場小在Z軸方向上的分量，巾b是磁場小在Z軸垂直方向上的分量。 根據(jù)上述可以得出4=arctg(<H/4a),從而得到測量永磁體磁場角度可以通過測量磁通在 二個(gè)方向上的分量來求。
對于磁通的測量，可以用一個(gè)電磁感應(yīng)線圈，利用法拉第電磁感應(yīng)定律有e=-nd4> /dt ，其中e為電磁感應(yīng)線圈兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢,n為線圈的匝數(shù)，(J)為磁通量,t為時(shí)間。 對上式進(jìn)行積分就可以得到磁通量。積分可以用多種方法，如數(shù)字積分法，脈沖計(jì)數(shù)法 及模擬電子法等通用方法。
電磁感應(yīng)線圈的設(shè)置，對于測量小a來說比較容易，只要用一組線圈，其軸線與永 磁體的物理參照線(面)或cK一致，直接測量得到*3分量的值；當(dāng)然也可以成一定的 角度再經(jīng)過折算，如圖3所示意，其中的關(guān)系4)^cl)cosa ;也可以用幾個(gè)線圈構(gòu)成，再 把這幾個(gè)線圈的感應(yīng)電勢進(jìn)行矢量相加
如圖4是5個(gè)線圈的示意圖，如果幾個(gè)線圈的軸線不在一個(gè)平面上，則所產(chǎn)生的電 動(dòng)勢的向量為空間向量，反過來，幾個(gè)線圈的軸線在一個(gè)平面上，則所產(chǎn)生的電動(dòng)勢的 向量為平面向量，如果矢量和d)與要求的4)a不一致，再通過折算就可以得到，與圖3 是一致的。
對于測量小b的感應(yīng)線圈的設(shè)置要稍復(fù)雜一些，因?yàn)樵趯?shí)際中，無法確定^H分量的 方向，解決方法是設(shè)置一個(gè)至少是二維的測量系統(tǒng)，這個(gè)至少二維的測量系統(tǒng)，要最大 地包含以々a軸為圓心的360度范圍，如二個(gè)軸線互成90度的線圈組，它們所產(chǎn)生的感 應(yīng)電勢，再通過向量求和，與圖3類似，必要時(shí)再進(jìn)行折算，得到4)b分量。
綜合上述測量原理，可以得出，要測量得到4)a和cH至少要二個(gè)線圈構(gòu)成一個(gè)三維
或多維系統(tǒng)。用二個(gè)線圈構(gòu)成測量系統(tǒng)的方法是以垂直于地面的cK為參考，二個(gè)線
圈的軸線設(shè)置成除0與180度外的任意角度，為了最大地包含以4)a軸為圓心的360度 范圍，水平投影要求互成90度，同時(shí)它們的軸線與d)a的參考線的垂直投影是一個(gè)不等 于卯度的角度，如圖5所示，各個(gè)線圈中的感應(yīng)電勢通過三角計(jì)算，分別求出其中的
4> a和cK分量的分量，再通過矢量合成得到4) a和d> b 二個(gè)分量。
注意這一點(diǎn)，當(dāng)磁體磁通的實(shí)際軸線與兩個(gè)線圈的任意一個(gè)線圈軸線構(gòu)成O、 90或 180度的夾角，就會(huì)造成測量誤差增大，甚至不能很好地實(shí)際應(yīng)用，需要三個(gè)線圈或者 三個(gè)線圈以上來解決。
二個(gè)線圈構(gòu)成的二維系統(tǒng)或者多個(gè)線圈構(gòu)成的多維系統(tǒng)中，比較簡單實(shí)用，精確度 也能滿足要求的是三個(gè)線圈，它們的軸線互成90度所構(gòu)成的三維系統(tǒng)，如圖6所示
如果Z軸作為測量(K的參考軸線，則在Z線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢，就是所要得到的4)a分量，而在X和Y線圈中的感應(yīng)電勢，是cH分量的分量即4^和4)y， c^^v"T^ 2x + 4>2y)。
上述提及的每一個(gè)電磁感應(yīng)線圈可以是任意形狀(如方型)，也可以是線圈軸線在 同一直線上的幾個(gè)線圈所構(gòu)成的線圈組，或線圈組串聯(lián)起來作為一個(gè)感應(yīng)線圈來使用。
為了進(jìn)一步提高測量精度，減少外部雜散磁場對系統(tǒng)的影響，多個(gè)線圈構(gòu)成的傳感 裝置，安放在一個(gè)屏蔽的金屬箱內(nèi)，較好的方法是用鐵箱，因?yàn)殍F箱可以同時(shí)做到電磁 屏蔽。
根據(jù)上述原理，本實(shí)施例中，采用三個(gè)亥姆霍茲線圈組互成90度地繞在一個(gè)球型 的支架上，構(gòu)成一個(gè)三維系統(tǒng)，如圖7所示，其中xx、、 yy、和zz'是三個(gè)亥姆霍茲線圈 組，中間的一個(gè)孔用于永磁體放入與取出，X、 Y、 Z為三組線圈的軸線。這里之所以 使用三個(gè)亥姆霍茲線圈組互成90度地繞在一個(gè)球型的支架上， 一是在亥姆霍茲線圈的 均勻磁場空間可以比較準(zhǔn)確地測量開路磁體的磁通量，效果優(yōu)于一般線圈；二是亥姆霍 茲線圈在兩個(gè)線圈間有間隙，便于永磁體的進(jìn)出；三是在制作多維線圈時(shí)，便于疊繞， 四是三組線圈互成90度，使得三個(gè)線圈間互感為零，以免相互影響。
當(dāng)永磁體從外部移入到該裝置的內(nèi)部中心點(diǎn)0，或從該裝置內(nèi)部的中心點(diǎn)0移到外 部時(shí)，由于各組線圈中的磁通量發(fā)生了變化，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，各組線圈產(chǎn)生 了感應(yīng)電勢，根據(jù)上述裝置，配一個(gè)三通道的磁通量測量儀，就能完成永磁體磁場角度 的測量。
前巳所述，對感應(yīng)電勢的積分通常有三種方法，相應(yīng)的磁通量測量儀的結(jié)構(gòu)也有三 種，如圖8、圖9和圖10，這三個(gè)電路的單片機(jī)在測得4)a、》x和(t)y分量后，再經(jīng)過 運(yùn)用上述原理的計(jì)算，用角度的方式顯示出來。本測量儀器還具有主軸的磁通量顯示， 為了使磁通量直接用韋伯(Wb)單位直接顯示，本儀器還有線圈常數(shù)的設(shè)置，角度和 磁通量的上下限報(bào)警設(shè)置。
圖8是一個(gè)采用模擬電子積分法的三通道磁通量測量儀。就是X組線圈、Y組線圈 和Z組亥姆霍茲線圈8、 9、 IO相互垂直構(gòu)成三維線圈，X組、Y組和Z組亥姆霍茲線 圈8、 9、 IO輸出分別去連接X、 Y、 Z通道積分(放大)電路5、 6、 7的輸入，并且， 各個(gè)通道積分(放大)電路5、 6、 7的輸出經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路4連接到單片機(jī)控制器1 的輸入端，積分(放大)電路就是積分電路帶有放大功能，以提高測量范圍，適合對微 弱的磁場的測量?；蛘呤?，見圖9， X組線圈、Y組線圈和Z組亥姆霍茲線圈8、 9、 10 相互垂直構(gòu)成三維線圈，X組、Y組和Z組亥姆霍茲線圈8、 9、 IO輸出分別去連接X、 Y、 Z通道放大電路5，、 6'、 7，的輸入，并且，各個(gè)通道放大電路5'、 6'、 7'的輸出 經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路4連接到單片機(jī)控制器1'的輸入端，單片機(jī)控制器r帶有數(shù)字積 分模塊；或者是，見圖IO， X組線圈、Y組線圈和Z組亥姆霍茲線圈8、 9、 IO相互垂 直構(gòu)成三維線圈，X組、Y組和Z組亥姆霍茲線圈8、 9、 IO輸出分別去連接X、 Y、 Z通道電壓頻率轉(zhuǎn)換(放大)電路5"、 6"、 7"， X、 Y、 Z通道電壓頻率轉(zhuǎn)換(放大)電 路5"、 6"、 7"的輸出經(jīng)過計(jì)數(shù)電路4"連接到單片機(jī)控制器1的輸入端。單片機(jī)控制 器l (r)帶有用于輸入的鍵盤2和各種顯示/指示3部分，各種顯示/指示3部分主要是 用于輸出的顯示屏或用于指示的聲音指示器件。
模擬電子積分電路的工作原理是，當(dāng)一個(gè)感應(yīng)電勢加到一個(gè)定值電阻時(shí)，其電流 i=e/r=-(n/r)d 4> /dt，對右式進(jìn)行積分則有d> =-r/n / idt=-rq/n+C 其中C為常量，q為 感應(yīng)電勢作用下的電量增量，當(dāng)這個(gè)一定量的電量增量q加到一個(gè)定值的電容c上時(shí)有 11=^&=-4)(>1/1^)或4)=-(1^/11)11，也就是說磁通量的變化所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢，經(jīng)過一個(gè)rc 積分電路后，可以用電容上的電壓增量來表征磁通量的值，電容上的電壓增量可用A/D 轉(zhuǎn)換電路及單片機(jī)來進(jìn)行處理顯示。在實(shí)際電路中由于線圈繞制，r、 c等的精度等原因， 還要有一個(gè)固定的系數(shù)k，則有??；(krc/n)u 。
在實(shí)際測量中由于磁體大小差異很大，大的達(dá)到幾個(gè)韋伯，而小的只有零點(diǎn)幾個(gè)微 韋伯，差異有7個(gè)數(shù)量級(jí)以上，因此，在通道積分電路中還有量程轉(zhuǎn)換。為了提高積分 精度，減小非線性誤差，通常采用由集成電路組成的模擬積分器，而集成電路又帶來不 可克服的失調(diào)電壓與失調(diào)電流，從而產(chǎn)生具有固有的零點(diǎn)漂移，為了克服零點(diǎn)漂移，必 須加自動(dòng)調(diào)零電路。自動(dòng)調(diào)零電路，是通道積分電路的一部分，因此，在圖8的方框圖 中沒有單獨(dú)表示出來。
A/D轉(zhuǎn)換電路4電路的作用是，將模擬的電壓量轉(zhuǎn)換為數(shù)字式的電壓量，便于單片 機(jī)進(jìn)行數(shù)字處理。
鍵盤2是用來接收人工對儀器的干預(yù)，主要用于各組線圈常數(shù)的設(shè)置、各檔量程 的修正、角度和磁通量的上下限設(shè)定、人工調(diào)零、量程轉(zhuǎn)換、或者磁通量顯示通道選擇 等。
角度和磁通量的上下限設(shè)定，主要是為了提高測試效率而設(shè)的，當(dāng)被測磁體的角度 或磁通量超過上、下限時(shí)，單片機(jī)會(huì)發(fā)出聲音提示，而不必用眼緊盯顯示值，減小了勞 動(dòng)強(qiáng)度。
人工調(diào)零的作用是當(dāng)一次自動(dòng)調(diào)零不夠理想，或要求測試的精度較高，或自動(dòng)調(diào) 零后有較長時(shí)間沒有再次自動(dòng)調(diào)零而再次要求電腦自動(dòng)調(diào)零。這里的人工調(diào)零，實(shí)質(zhì)上 是自動(dòng)調(diào)零的觸發(fā)，而不是人工直接調(diào)整。
磁通量顯示通道選擇在測量中，有時(shí)除需要角度外，還要看各個(gè)通道的磁通量絕對值。
各種顯示/指示3部分主要用來顯示某一個(gè)通道的磁通量，磁場的偏角外。還有磁體 N極朝上還是朝下、調(diào)零狀態(tài)指示、及量程指示和磁通量單位指示。
圖9是采用數(shù)字積分法的三通道磁通量測量儀。其工作原理是各個(gè)感應(yīng)電勢先進(jìn)
行放大，將較小的感應(yīng)電勢放大到A/D所需要的值，再通過A/D轉(zhuǎn)換電路4將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，單片機(jī)通過AD電路定時(shí)地采樣各通道的電壓量并進(jìn)行累計(jì)(積分)， 從而得到4)a、 4)x和4y相對應(yīng)的數(shù)值，再通過單片機(jī)計(jì)算得出永磁體磁場的角度。其 它電路的功能同模擬電子積分法的測量儀。
圖10是采用脈沖計(jì)數(shù)法的三通道磁通量測量儀。其工作原理是感應(yīng)電勢先進(jìn)行
適當(dāng)放大，以滿足電壓頻率轉(zhuǎn)換(V/F)電路的要求，再由通道電壓頻率轉(zhuǎn)換電路完成 模擬電壓量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的脈沖頻率信息，單片機(jī)通過計(jì)數(shù)電路4"對脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從 而實(shí)現(xiàn)了積分以及將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的目的，單片機(jī)再根據(jù)這個(gè)數(shù)字量經(jīng)過計(jì)算得 出永磁體磁場的角度。其它電路的功能同模擬電子積分法的測量儀。
除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成 的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種磁體磁場角度測量系統(tǒng)，其特征在于包括單片機(jī)控制器、至少二組以上的電磁感應(yīng)線圈組成了至少二維以上的檢測線圈，各組線圈的輸出連接各自通道積分電路，而各自通道積分電路的輸出經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路連接到單片機(jī)控制器的輸入端；或者是，各組線圈的輸出經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路連接到單片機(jī)控制器的輸入端，單片機(jī)控制器帶有對信號(hào)進(jìn)行數(shù)字積分功能模塊；或者是，各組線圈的輸出連接各自通道電壓頻率轉(zhuǎn)換電路的輸入，而各自通道電壓頻率轉(zhuǎn)換電路的輸出通過計(jì)數(shù)電路連接到單片機(jī)控制器的輸入端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁體磁場角度測量系統(tǒng)，其特征在于所述的電磁感應(yīng)線圈采用兩組時(shí)候，以垂直于地面的磁通分量cK為參考，二個(gè)電磁感應(yīng)線圈的軸線的水平投影構(gòu)成除0與180度以外的任意角度，同時(shí)，它們的軸線與磁體的物理軸線或者是磁場的理論軸線的垂直投影是一個(gè)不等于90度的角度；優(yōu)選是，所述的二個(gè)電磁感應(yīng)線圈的軸線的水平投影互成90度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁體磁場角度測量系統(tǒng)，其特征在于所述的電磁感應(yīng)線 圈采用三組時(shí)候，X組線圈、Y組線圈和Z組線圈相互垂直構(gòu)成三維檢測線圈。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)權(quán)利所述的磁體磁場角度測量系統(tǒng)，其特征在于 所述的各自通道積分電路帶有放大電路；或者是各組線圈的輸出接各自通道放大電路后 經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路連接到單片機(jī)控制器的輸入端；或者是各組線圈的輸出接各自通道放 大電路后，再連接電壓頻率轉(zhuǎn)換電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的磁體磁場角度測量系統(tǒng)，其特征 在于所述的電磁感應(yīng)線圈采用同等規(guī)格的亥姆霍茲線圈。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的磁體磁場角度測量系統(tǒng)，其特征 在于所述的單片機(jī)控制器連接有鍵盤、顯示屏和聲音指示器件。
7. 一種磁體磁場角度測量方法，其特征在于采用至少二組以上的電磁感應(yīng)線圈組 成了至少二維以上的檢測線圈，使磁通分別穿過所述的各組線圈，使各組線圈的感應(yīng)電 勢輸出到各自通道積分電路，通過A/D轉(zhuǎn)換電路，輸送到單片機(jī)控制器；或者是，各組 線圈的感應(yīng)電勢，通過A/D轉(zhuǎn)換電路，輸出輸送到具有數(shù)字積分功能的單片機(jī)控制器； 或者是，各組線圈的感應(yīng)電勢輸出到各自通道電壓頻率轉(zhuǎn)換電路，通過計(jì)數(shù)電路，輸送 到單片機(jī)控制器；根據(jù)物理數(shù)學(xué)模型中磁通量與積分值的線性關(guān)系，計(jì)算出磁體在各自 方向上的磁通量，然后獲得磁通的實(shí)際軸線與磁體的物理軸線或磁通的理論軸線構(gòu)成的 磁場角度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁體磁場角度測量方法，其特征在于所述的電磁感應(yīng)線圈采用兩組的時(shí)候，以垂直于地面的磁通分量4>3為參考，二個(gè)電磁線圈的軸線的水平 投影構(gòu)成了除0與180度以外的任意角度，同時(shí)，它們的軸線與磁體的物理軸線(假設(shè)也為主磁軸線)的垂直投影是一個(gè)不等于90度的角度；優(yōu)選是，所述的二組電磁感應(yīng)線圈的軸線的水平投影互成90度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁體磁場角度測量方法，其特征在于所述的電磁感應(yīng)線 圈采用三組的時(shí)候，X組線圈、Y組線圈和Z組線圈相互垂直構(gòu)成三維檢測線圈。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7至9任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的磁體磁場角度測量方法，其特征 在于所述的單片機(jī)控制器通過鍵盤用來接收人工對儀器的干預(yù)，包括各組線圈常數(shù)的設(shè) 置、各檔量程的修正、角度和磁通量的上下限設(shè)定、人工調(diào)零、量程轉(zhuǎn)換、或者磁通量 顯示通道選擇，并當(dāng)被測磁體的角度或磁通量超過上、下限的時(shí)候發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警聲音。
全文摘要
一種磁體磁場角度測量系統(tǒng)和測量方法，其特征在于包括單片機(jī)控制器、至少二組以上的感應(yīng)電磁場的電磁感應(yīng)線圈組成了至少二維以上的檢測線圈，各組線圈的輸出連接各自通道積分(放大)電路，而各自通道積分電路的輸出經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路連接到單片機(jī)控制器的輸入端；本發(fā)明還公開了測量方法，其使用方便、測量效率高、精度好，適合在在一些傳感器和設(shè)備上磁體的磁場方向與磁體物理參考軸之間角度測量上應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01R33/02GK101526589SQ200810059909
公開日2009年9月9日 申請日期2008年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日
發(fā)明者艷 陳 申請人:艷 陳