專利名稱：磁場強度測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁學領(lǐng)域，尤其涉及一種磁場強度測量裝置。
背景技術(shù)：
磁場測量的發(fā)展有著悠久的歷史，早在兩千多年前，人們就用司南來探測磁場，用于指示方向。隨著物理學、材料科學和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，磁場測量技術(shù)取得了很大進展，磁場測量方法也越來越多。當前，磁場測量技術(shù)己廣泛應用于地球物理學、空間科學、生物醫(yī)學、軍事技術(shù)、工業(yè)探傷等領(lǐng)域，成為不可或缺的手段。磁場測量常以磁場強度的大小作為度量標準，針對不同場合下磁場強度的不同，需要采用不同的測量方法?；魻栃侵府斖獯艌龃怪庇诹鬟^金屬或半導體中的電流時，會在金屬或半導體中垂直于電流和外磁場的方向產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。霍爾效應法是在實際應用中應用較多的一種磁場測量方法，利用霍爾效應法可以連續(xù)線性地讀數(shù)，而且可以用于測量小間隙磁場，還可以使用多探頭實現(xiàn)自動化測量和數(shù)據(jù)處理?；魻栃艌鰷y量儀是測試磁場強度的一種專用儀器，已廣泛用于測量電機轉(zhuǎn)子、磁性材料、玩具、冰箱的門封磁條、音響的揚聲器、作為開關(guān)的離合器及各種磁療產(chǎn)品的磁場強度。但隨著社會的發(fā)展和科學技術(shù)的不斷進步，對該儀器的功能、智能化、實用性等方面的要求越來越高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于霍爾效應的磁場強度測量裝置，從而更智能、更精確、更實用地連續(xù)線性測量磁場強度。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種磁場強度測量裝置，所述裝置包括信號源設(shè)備、霍爾傳感器、螺線管、三維進給設(shè)備和水冷設(shè)備，其中，所述螺線管為長直形，在所述螺線管中通過勵磁電流；所述霍爾傳感器用于產(chǎn)生霍爾電壓；所述信號源設(shè)備用于為所述螺線管提供勵磁電流，為所述霍爾傳感器提供工作電壓，并測量所述霍爾傳感器所輸出的霍爾電壓；所述三維進給設(shè)備用于使所述霍爾傳感器在三維空間中移動，并測量所述霍爾傳感器在三維空間中的位置；以及所述水冷設(shè)備用于利用循環(huán)水流來冷卻所述螺線管，以消除所述螺線管所發(fā)出的熱量。優(yōu)選地，所述信號源設(shè)備進一步包括數(shù)控可調(diào)電流源、第一直流穩(wěn)壓電源、第二直流穩(wěn)壓電源和數(shù)字電壓表，其中所述數(shù)控可調(diào)電流源用于為所述螺線管提供勵磁電流；所述第一直流穩(wěn)壓電源和所述第二直流穩(wěn)壓電源用于為所述霍爾傳感器提供工作電壓；以及
所述數(shù)字電壓表用于測量所述霍爾傳感器所輸出的霍爾電壓。優(yōu)選地，所述數(shù)控可調(diào)電流源的調(diào)節(jié)范圍為0-0. 5A，所述第一直流穩(wěn)壓電源的調(diào)節(jié)范圍為2. 4V-2. 6V，所述第二直流穩(wěn)壓電源的調(diào)節(jié)范圍為4. 8V-5. 2V，所述數(shù)字電壓表具有兩種量程，分別為19. 999V量程和1999. 9mV量程。優(yōu)選地，所述信號源設(shè)備進一步包括一換向開關(guān)K2，所述數(shù)控可調(diào)電流源通過所述換向開關(guān)K2給所述螺線管提供勵磁電流，其中，當所述換向開關(guān)K2處于第一導通位置和第二導通位置時，所述數(shù)控可調(diào)電流源給所述螺線管所提供的勵磁電流方向相反，當所述換向開關(guān)K2處于斷開位置時，斷開給所述螺線管的勵磁電流供應。優(yōu)選地，所述信號源設(shè)備進一步包括一開關(guān)Kl，其中，當所述開關(guān)Kl處于第一位置時，所述霍爾傳感器的兩根引線V+和V-分別與所述第二直流穩(wěn)壓電源的正負兩端連接，用以給所述霍爾傳感器提供工作電壓，而所述霍爾傳感器的兩根引線Vout和V-連接所述數(shù)字電壓表的正負端，用以輸出霍爾電壓。優(yōu)選地，當對所述磁場強度測量裝置進行調(diào)節(jié)時，先使所述換向開關(guān)K2處于斷開位置，以使所述霍耳傳感器處于零磁場條件下，使所述開關(guān)Kl處于第一位置，調(diào)節(jié)所述第二直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓，使得所述數(shù)字電壓表所顯示的電壓值為2. 500V，這時所述霍耳傳感器達到標準化工作狀態(tài)；然后，仍使所述換向開關(guān)K2處于斷開位置，使所述開關(guān)Kl處于第二位置，調(diào)節(jié)所述第一直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓，使所述數(shù)字電壓表所顯示的電壓值為0，即用一外接
2.500V的電位差與所述霍爾傳感器所輸出的2. 500V電位差進行補償。優(yōu)選地，所述三維進給設(shè)備進一步包括探桿、三維方向的導軌、三維方向的位置標尺、三維方向的緊固螺釘和滑塊，其中所述探桿與所述霍爾傳感器直接連接，用于帶動所述霍爾傳感器在螺線管內(nèi)沿三維方向移動。優(yōu)選地，所述水冷設(shè)備包括進水端、環(huán)形套筒和出水端，其中所述螺線管繞在所述環(huán)形套筒上，自來水通過所述進水端流入所述環(huán)形套筒并從所述出水端流出，以形成循環(huán)流動。根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明基于霍爾效應提供了一種磁場強度測量裝置，從而可以連續(xù)線性地測量磁場強度，實現(xiàn)了更智能、更精確、更實用的磁場強度測量。


圖1是本發(fā)明具體實施方式
中磁場強度測量裝置的信號源設(shè)備的實物示意圖；圖2是本發(fā)明具體實施方式
中磁場強度測量裝置的電路連接示意圖；圖3是本發(fā)明具體實施方式
中磁場強度測量裝置的三維進給設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明具體實施方式
中磁場強度測量裝置的水冷設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式本發(fā)明具體實施方式
中的磁場強度測量裝置包括信號源設(shè)備、霍爾傳感器、螺線管、三維進給設(shè)備和水冷設(shè)備。其中，螺線管為長直形，在該螺線管中通過勵磁電流；霍爾傳感器用于產(chǎn)生霍爾電壓；信號源設(shè)備用于為螺線管提供勵磁電流，為霍爾傳感器提供工作電壓，并測量霍爾傳感器所輸出的霍爾電壓；三維進給設(shè)備用于使霍爾傳感器在三維空間中移動，并測量霍爾傳感器在三維空間中的位置；水冷設(shè)備用于利用循環(huán)水流來冷卻螺線管，以消除螺線管所發(fā)出的熱量。下面就結(jié)合附圖來介紹具體實施方式
中磁場強度測量裝置的各模塊設(shè)備。圖1是本發(fā)明具體實施方式
中磁場強度測量裝置的信號源設(shè)備的實物示意圖。圖2是本發(fā)明具體實施方式
中磁場強度測量裝置的電路連接示意圖，由于三維進給設(shè)備和水冷設(shè)備與本發(fā)明裝置中的其它各設(shè)備之間的連接為機械方式，因此在圖2中主要示出了磁場強度測量裝置的信號源設(shè)備、霍爾傳感器和螺線管。如圖1-2所示，信號源設(shè)備主要包括數(shù)控可調(diào)電流源(調(diào)節(jié)范圍為0 — 0.5A)、第一直流穩(wěn)壓電源(調(diào)節(jié)范圍為2. 4V—2. 6V)、第二直流穩(wěn)壓電源(調(diào)節(jié)范圍為4. 8V—5. 2V)和數(shù)字電壓表(分為19. 999V量程和1999. 9mV量程二檔)。如圖2所示，附圖標記I表示信號源設(shè)備的電源開關(guān)，2、3分別表示數(shù)控可調(diào)電流源的正負極連接端口，4表示數(shù)控可調(diào)電流源的調(diào)節(jié)旋鈕，5表示換向開關(guān)旋鈕，6表示第一直流穩(wěn)壓電源連接端口，7表示第二直流穩(wěn)壓電源連接端口，8表示信號源設(shè)備的的公共接地端口，9表示第一直流穩(wěn)壓電源的調(diào)節(jié)旋鈕，10表示第二直流穩(wěn)壓電源的調(diào)節(jié)旋鈕，11、12分別表不數(shù)字電壓表的正負端口，13表不數(shù)字電壓表的量程檔位，14表不電流值顯不屏，15表示電壓值顯示屏，16表示換向開關(guān)K2,17表示開關(guān)Kl, 18表示螺線管，19示意性地示出三維進給設(shè)備中的部分傳動模塊(三位進給設(shè)備的詳細構(gòu)成如圖3所示)，20表示霍爾傳感器。在本發(fā)明具體實施方式
中，信號源設(shè)備中的數(shù)控可調(diào)電流源、直流穩(wěn)壓電源和數(shù)字電壓表均可以現(xiàn)有技術(shù)中的方式實現(xiàn)，本發(fā)明并不對其具體電路原理做贅述。如圖2所示，從電路外部來看，分別連接數(shù)控可調(diào)電流源的正負極連接端口 2、3即可提供數(shù)控可調(diào)電流源，連接公共接地端口 8和第一 / 二直流穩(wěn)壓電源連接端口 6或7即可提供第一 / 二直流穩(wěn)壓電源，分別連接數(shù)字電壓表的正負端口 11、12即可提供數(shù)字電壓表功能。因此，本發(fā)明中對電壓源/電流源/電壓表和從外部實現(xiàn)其各自功能的連接端口并不做刻意區(qū)分。同時，本發(fā)明具體實施方式
中的霍爾傳感器20也利用現(xiàn)有技術(shù)方式實現(xiàn)，用以實現(xiàn)產(chǎn)生霍爾電壓的功能即可。如圖2所示，數(shù)控可調(diào)電流源2、3可通過雙刀換向開關(guān)K2給長直的螺線管18提供勵磁電流，當換向開關(guān)K2處于向上導通位置(本發(fā)明中稱為“第一導通位置”)和向下導通位置(本發(fā)明中稱為“第二導通位置”)時，數(shù)控可調(diào)電流源2、3給螺線管18所提供的勵磁電流方向相反，當換向開關(guān)K2處于中間位置(本發(fā)明稱為“斷開位置”)時斷開給螺線管18的勵磁電流供應?；魻杺鞲衅?0有三根引線，其中如附圖2所示，單刀開關(guān)Kl向右接通時(本發(fā)明稱為“第一位置”)，兩根引線V+和V-分別與第二直流穩(wěn)壓電源(調(diào)節(jié)范圍為4. 8V—5. 2V)的正負7、8連接，用以給霍爾傳感器20提供工作電壓，而兩根引線Vout和V-則連接數(shù)字電壓表的正負端11、12，用以輸出霍爾電壓。當對具體實施方式
的磁場強度測量裝置進行調(diào)節(jié)時，先使雙刀換向開關(guān)K2處于中間位置以斷開勵磁電流供應，使霍耳傳感器20處于零磁場條件下，把開關(guān)Kl向右接通，調(diào)節(jié)第二直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓，使得數(shù)字電壓表所顯示的電壓值為2. 500V，這時霍耳傳感器20達到了標準化工作狀態(tài)，即霍耳傳感器20所通過電流達到了規(guī)定的數(shù)值，且剩余電壓恰好達到補償，即U0=OV。然后，仍使雙刀換向開關(guān)K2處于中間位置以斷開勵磁電流供應，在保持“V+”和“V-”電壓不變的情況下，把開關(guān)Kl向左接通(本發(fā)明稱為“第二位置”)，調(diào)節(jié)第一直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓，使數(shù)字電壓表所顯示的電壓值為0 (此時應將數(shù)字電壓表量程撥動開關(guān)13指向mV檔)，也就是用一外接2. 500V的電位差與霍爾傳感器20所輸出的2. 500V電位差進行補償。這樣，之后就可以直接用數(shù)字電壓表讀出霍耳傳感器的電勢差的值U。圖3是本發(fā)明具體實施方式
中磁場強度測量裝置的三維進給設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。如附圖3所示，附圖標記30、31、21分別表示三維進給設(shè)備的X (圖3中左右方向)、Y (圖3中前后方向)、Z (圖3中上下方向)軸導軌，22表示探桿，23、29、25分別表示X、Y、Z軸位置標尺，24、26、28、32分別為緊固螺釘，27表示滑塊。其中，探桿22與霍爾傳感器20直接連接，可帶動霍爾傳感器20在螺線管18內(nèi)沿X、Y、Z三個方向移動。當霍爾傳感器20需要在X軸方向上移動時，可以通過滑塊27沿導軌30在X軸方向上移動以帶動霍爾傳感器20，從而改變霍爾傳感器20在X方向上的位置。如果滑塊27移動時阻力太大或松動，則可適當調(diào)節(jié)滑塊上緊固螺釘28的緊度。同時，為了防止滑塊27在Y、Z軸方向上有位置改變，可以鎖緊導軌30右端的緊固螺釘32和緊固螺釘24。類似地，當霍爾傳感器20需要在Y軸方向上移動時，松開導軌30右端的緊固螺釘32，輕推探桿22使其沿導軌31均勻移動，從而改變霍爾傳感器在Y方向上的位置。當霍爾傳感器20需要在Z軸方向上移動時，松開緊固螺釘24，探桿22可以沿導軌21上下移動，從而改變霍爾傳感器在Z方向上的位置。三維進給設(shè)備在X、Y、Z方向上均配有位置標尺23、29,25,這樣在測量三維磁場時，可以方便地確定空間磁場的三維坐標。圖4是本發(fā)明具體實施方式
中磁場強度測量裝置的水冷設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。在具體實施方式
中，該水冷設(shè)備利用循環(huán)流動的自來水來冷卻螺線管，從而降低螺線管的發(fā)熱對磁場強度測量的影響。該水冷設(shè)備主要包括進水端、環(huán)形套筒和出水端。如附圖4所示，附圖標記41表示進水端，42表示環(huán)形套筒，18表示螺線管，43表示水流，而44表示出水端。如圖4所示，螺線管18繞在環(huán)形套筒42上，環(huán)形套筒42里面裝自來水，自來水43通過進水端41流入環(huán)形套筒42并從出水端44流出，以形成循環(huán)流動。該水冷設(shè)備可以快速消除螺線管所發(fā)出的熱量，因此可以適當提高勵磁電流大小而不會由于螺線管勵磁電流通過時間過長而對測量造成影響。根據(jù)上述具體實施方式
介紹可知，本發(fā)明基于霍爾效應提供了一種磁場強度測量裝置，從而可以連續(xù)線性地測量磁場強度，實現(xiàn)了更智能、更精確、更實用的磁場強度測量。
權(quán)利要求
1.一種磁場強度測量裝置，其特征在于，所述裝置包括:信號源設(shè)備、霍爾傳感器、螺線管、三維進給設(shè)備和水冷設(shè)備，其中， 所述螺線管為長直形，在所述螺線管中通過勵磁電流； 所述霍爾傳感器用于產(chǎn)生霍爾電壓； 所述信號源設(shè)備用于為所述螺線管提供勵磁電流，為所述霍爾傳感器提供工作電壓，并測量所述霍爾傳感器所輸出的霍爾電壓； 所述三維進給設(shè)備用于使所述霍爾傳感器在三維空間中移動，并測量所述霍爾傳感器在三維空間中的位置；以及 所述水冷設(shè)備用于利用循環(huán)水流來冷卻所述螺線管，以消除所述螺線管所發(fā)出的熱量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述信號源設(shè)備進一步包括:數(shù)控可調(diào)電流源、第一直流穩(wěn)壓電源、第二直流穩(wěn)壓電源和數(shù)字電壓表，其中 所述數(shù)控可調(diào)電流源用于為所述螺線管提供勵磁電流； 所述第一直流穩(wěn)壓電源和所述第二直流穩(wěn)壓電源用于為所述霍爾傳感器提供工作電壓；以及 所述數(shù)字電壓表用于測量所述霍爾傳感器所輸出的霍爾電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)控可調(diào)電流源的調(diào)節(jié)范圍為O—0.5A，所述第一直流穩(wěn)壓電源的調(diào)節(jié)范圍為2.4V-2.6V，所述第二直流穩(wěn)壓電源的調(diào)節(jié)范圍為4.8V-5.2V，所述數(shù)字電壓表具有兩種量程，分別為19.999V量程和1999.9mV量程。`
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述信號源設(shè)備進一步包括一換向開關(guān)K2，所述數(shù)控可調(diào)電流源通過所述換向開關(guān)K2給所述螺線管提供勵磁電流， 其中，當所述換向開關(guān)K2處于第一導通位置和第二導通位置時，所述數(shù)控可調(diào)電流源給所述螺線管所提供的勵磁電流方向相反，當所述換向開關(guān)K2處于斷開位置時，斷開給所述螺線管的勵磁電流供應。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述信號源設(shè)備進一步包括一開關(guān)Kl， 其中，當所述開關(guān)Kl處于第一位置時，所述霍爾傳感器的兩根引線V+和V-分別與所述第二直流穩(wěn)壓電源的正負兩端連接，用以給所述霍爾傳感器提供工作電壓，而所述霍爾傳感器的兩根引線Vout和V-連接所述數(shù)字電壓表的正負端，用以輸出霍爾電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，當對所述磁場強度測量裝置進行調(diào)節(jié)時，先使所述換向開關(guān)K2處于斷開位置，以使所述霍耳傳感器處于零磁場條件下，使所述開關(guān)Kl處于第一位置，調(diào)節(jié)所述第二直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓，使得所述數(shù)字電壓表所顯示的電壓值為2.500V，這時所述霍耳傳感器達到標準化工作狀態(tài)； 然后，仍使所述換向開關(guān)K2處于斷開位置，使所述開關(guān)Kl處于第二位置，調(diào)節(jié)所述第一直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓，使所述數(shù)字電壓表所顯示的電壓值為0，即用一外接2.500V的電位差與所述霍爾傳感器所輸出的2.500V電位差進行補償。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述三維進給設(shè)備進一步包括探桿、三維方向的導軌、三維方向的位置標尺、三維方向的緊固螺釘和滑塊，其中所述探桿與所述霍爾傳感器直接連接，用于帶動所述霍爾傳感器在螺線管內(nèi)沿三維方向移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述水冷設(shè)備包括:進水端、環(huán)形套筒和出水端，其中所述螺線管繞在所述環(huán)形套筒上，自來水通過所述進水端流入所述環(huán)形套筒并從所述出水端流出 ，以形成循環(huán)流動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁場強度測量裝置，該裝置包括信號源設(shè)備、霍爾傳感器、螺線管、三維進給設(shè)備和水冷設(shè)備。本發(fā)明的磁場強度測量裝置基于霍爾效應，可以連續(xù)線性地測量磁場強度，實現(xiàn)了更智能、更精確、更實用的磁場強度測量。
文檔編號G01R33/07GK103076576SQ20131000392
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月6日
發(fā)明者張海濤, 梁國文, 王啟銀, 趙飛 申請人:山西省電力公司大同供電分公司, 國家電網(wǎng)公司