專利名稱：數(shù)字式標準磁場發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種數(shù)字式標準磁場發(fā)生器，屬電學中電磁技術領域。
背景技術：
在工程實踐過程中，尤其是軍事領域和其他特殊行業(yè)，需要定量的確定磁場強度， 如環(huán)境磁場測量、地磁測量、工業(yè)制造過程的磁場測量、艦船消磁測量等。為了使磁場測量準確可靠，必須對磁場測量儀器進行計量檢定或校準，這就需要一個標準磁場發(fā)生器作為檢定標準。但目前市場上的適用的磁場標準裝置缺乏、功能簡單、操作繁瑣、價格昂貴。中國實用新型專利ZL02278M2. 6 “一種磁場發(fā)生器”公開了 “包括電流源和螺線管，電流源由方波發(fā)生器、分頻電路、整形電路、功率放大電路組成，方波發(fā)生器的輸出端與分頻電路的輸入端連接，分頻電路的輸出端與整形電路的輸入端連接，整形電路的輸出端與功率放大電路的輸入端連接，功率放大電路的輸出端與螺旋管的輸入端連接。”所構成的磁場發(fā)生器。雖然這一磁場發(fā)生器能夠得到不同頻率的交變磁場，但尚無法精細控制磁場量值，難以實現(xiàn)磁場量值的溯源，達不到用于檢定或校準的標準磁場要求。
發(fā)明內容針對上述不足，本實用新型就是要提供一種可簡單實現(xiàn)提供標準磁場的數(shù)字式標準磁場發(fā)生器。本實用新型提供的數(shù)字式標準磁場發(fā)生器，有電流源和螺線管，其中電流源包括直流基準電源，直流基準電源輸出端連接在數(shù)模轉換器的參考信號輸入端上，數(shù)模轉換器的數(shù)字信號輸入端計算機的數(shù)字信號輸出端，數(shù)模轉換器的模擬信號輸出端連接互導放大器輸入端，螺線管連接在互導放大器的輸出端上。本實用新型提供的數(shù)字式標準磁場發(fā)生器，由計算機、直流基準電源、數(shù)模轉換器、互導放大器構成的磁場控制裝置控制輸入螺線管的標準電流，使螺線管產(chǎn)生標準磁場。 即數(shù)模轉換器根據(jù)從計算機輸入的電壓數(shù)字信號，以直流基準電源的直流電壓為參考電源輸出電壓模擬量，再由互導放大器將該電壓模擬量轉換成為電流模擬量，這個電流驅動螺線管產(chǎn)生所要求的標準磁場。其中計算機是控制中心，根據(jù)所要求標準磁場的量值通過運算，產(chǎn)生數(shù)字化的標準電壓量值。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型輸出以特斯拉為單位的標準量值，能夠直接溯源到計量標準，同時能保證量值準確可靠，滿足計量檢定規(guī)程和技術規(guī)范的要求。同時，與其他標準磁場發(fā)生裝置比較，具備體積小、重量輕、操作方便等特點，能在現(xiàn)場完成計量檢定測試工作；系統(tǒng)的結構簡捷，實用性強，造價低。所說的螺線管是加勒特(Garret)螺線管，即是由兩側繞線間距小于中間繞線間距的非等間隔繞組構成的螺線管。螺線管是產(chǎn)生磁場的重要部件，標準磁場在螺線管內產(chǎn)生， 要求螺線管內部的均勻磁場區(qū)域盡可能大，且均勻高。而加勒特螺線管可減小端部效應以提高所產(chǎn)生磁場的均勻性。[0009]所說螺線管安裝在屏蔽筒內，所說屏蔽筒是由三層坡莫合金筒體疊套構成，螺線管及屏蔽筒的軸線垂直于地面，屏蔽筒每層底部各自封閉，上部開有檢定時標準磁場采樣口并備有圓蓋。設置屏蔽筒是為了避免雜散磁場對所得磁場的影響，保證本實用新型能在不同的地域工作。所說螺線管與互導放大器之間還連接有輸出控制電路，輸出控制電路上連接有消磁電流源，輸出控制電路完成對互導放大器的輸出及消磁電流源輸出轉換，并控制輸出狀態(tài)。消磁電流源按照特定的規(guī)律產(chǎn)生交流消磁電流，對線圈及屏蔽筒進行消磁處理。

圖1為本實用新型一實施例的電路框圖，圖中CPU-中央處理器，D/A-數(shù)模轉換器，E-直流基準電源，H-螺線管，I/V-互導放大器，K-鍵盤，M-存儲器，S-顯示器；圖2為本實用新型一實施例中螺線管裝置結構示意圖，圖中1-外殼，2-屏蔽筒， H-螺線管。
具體實施方式
1、一數(shù)字式標準磁場發(fā)生器，電路結構如圖1所示，由以中央處理器CPU、存儲器 M、顯示器S、鍵盤K等和所需外圍設備組成的計算機、直流基準電源E、數(shù)模轉換器D/C、互導放大器I/V構成電流源，有螺線管H連接在電流源的輸出端上。其中螺線管選用加勒特螺線管，是一種兩側繞線間距小于中間繞線間距的非等間隔繞組構成的螺線管。為使所產(chǎn)生標準磁場不受外界磁場干撓，將加勒特線圈安裝在屏蔽環(huán)境中使用。屏蔽筒結構如圖2所示，是由三層坡莫合金筒體相套組成，每層筒體的底部封閉，頂部開口以向外發(fā)射磁場。屏蔽筒2外還有一層帶底筒狀鋁制外殼1。外殼、屏蔽筒及螺線管H以軸線重合安裝，使用時垂直于地面。采用國產(chǎn)1J79型坡莫合金(含有約79%的鎳，4%的鉬)材料設計屏蔽筒，這種軟磁性材料具有很高的導磁率，用這種材料做成的屏蔽筒可使筒內的剩余磁場強度接近為零，實際測量筒內中心剩磁小于ΙΟηΤ。保持內部磁場線圈產(chǎn)生的磁場穩(wěn)定不受外界磁場波動影響。其中各部分電路情況是4數(shù)模轉換器它是實現(xiàn)將數(shù)字量變換成模擬量的器件，在本實用新型中關系到標準裝置的準確度指標。本例采用DAC8831芯片，該芯片具有負極性輸出，滿足產(chǎn)生兩個方向磁場控制的要求，該芯片是一個串行口控制的芯片，與CPU通信所占資源少，它與外部的 0PA277運算放大器一同構成16位數(shù)模轉換器。ii；互導放大器本例互導放大器由運算放大器LM741及大功率對管2N6036、 2N6039等構成。兩只大功率達林頓對管構成推挽輸出的OCL反相放大器，由士 12V供電，兩只穩(wěn)壓二極管設置功率放大器的直流偏置，LM741輸出驅動功率放大器，由于達林頓功率放大輸出級是一個反相放大器，所以LM741的同相輸入端作為負反饋輸入端，LM741的反相輸入端是互導放大器的同相輸入端。放大器輸出電流通過負載流過標準電阻，電阻上的電壓降與電流成正比，并對LM741的輸入端電壓進行比較，控制電流輸出值。[0019]互導放大器輸入端設計過壓保護，防止LM741輸入過載?；Х糯笃鞯妮敵鲈O計了續(xù)流二極管，防止電感負載的反電勢損壞功率管。在大功率管的發(fā)射極上設計了過流保護，避免大功率器件過流。直流基準電源直流基準電源是磁場量值的基準，它為數(shù)模轉換器提供參考電壓。直流基準電源設計采用LM199芯片，其穩(wěn)定度為士1父10-71，輸出電壓為6.95(^。這是一種新形集成電路，它采用表面齊納管技術，從而獲得了低噪聲和高穩(wěn)定的擊穿電壓，自帶恒溫系統(tǒng)，使芯片保持在90°C的條件下工作，從而消除了環(huán)境溫度對參數(shù)的影響。LM199 芯片輸出的基準電壓，經(jīng)由士5X10_6/°C高穩(wěn)定電阻器組成的分壓器，得到所需要的標準電壓。整個基準電壓輸出滿足士5X10_5/°C的技術要求。2、同上例，但在螺線管與互導放大器之間連接有輸出控制電路，同時為給屏蔽筒消除剩磁，增計了消磁電路。消磁電路使用50Hz交流電磁場消除剩磁。在消磁狀態(tài)下，磁場線圈通上大幅度的交流電流，然后緩慢減少電流，直到電流為零。使用經(jīng)過校準的HP34401A數(shù)字多用表，對本例數(shù)字式標準磁場發(fā)生器中電流源的輸出電流進行測量結果，與計算機輸入的設定值比較如下表。
權利要求1.一種數(shù)字式標準磁場發(fā)生器，有電流源和螺線管，其特征是其中電流源包括直流基準電源，直流基準電源輸出端連接在數(shù)模轉換器的參考信號輸入端上，數(shù)模轉換器的數(shù)字信號輸入端連接計算機的數(shù)字信號輸出端，數(shù)模轉換器的模擬信號輸出端連接互導放大器輸入端，螺線管連接在互導放大器的輸出端上。
2.如權利要求1所述的數(shù)字式標準磁場發(fā)生器，其特征是所說的螺線管是加勒特螺線管，即是由兩側繞線間距小于中間繞線間距的非等間隔繞組構成的螺線管。
3.如權利要求2所述的數(shù)字式標準磁場發(fā)生器，其特征是所說螺線管安裝在屏蔽筒內，所說屏蔽筒是由三層坡莫合金筒體疊套構成，螺線管及屏蔽筒的軸線垂直于地面，屏蔽筒每層底部各自封閉，上部開有檢定時標準磁場采樣口并備有圓蓋。
4.如權利要求1或2或3所述的數(shù)字式標準磁場發(fā)生器，其特征是所說螺線管與互導放大器之間還連接有輸出控制電路，輸出控制電路上連接有消磁電流源，輸出控制電路完成對互導放大器的輸出及消磁電流源輸出轉換，并控制輸出狀態(tài)。
專利摘要本實用新型提供的數(shù)字式標準磁場發(fā)生器，有電流源和螺線管[H]，其中電流源包括直流基準電源[E]，直流基準電源輸出端連接在數(shù)模轉換器[D/A]的參考信號輸入端上，數(shù)模轉換器的數(shù)字信號輸入端計算機的數(shù)字信號輸出端，數(shù)模轉換器的模擬信號輸出端連接互導放大器[I/V]輸入端，螺線管連接在互導放大器的輸出端上。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型輸出以特斯拉為單位的標準量值，能夠直接溯源到計量標準，同時能保證量值準確可靠，滿足計量檢定規(guī)程和技術規(guī)范的要求。同時，與其他標準磁場發(fā)生裝置比較，具備體積小、重量輕、操作方便等特點，能在現(xiàn)場完成計量檢定測試工作；系統(tǒng)的結構簡捷，實用性強，造價低。
文檔編號G05F1/46GK202003791SQ201120030789
公開日2011年10月5日 申請日期2011年1月29日 優(yōu)先權日2011年1月29日
發(fā)明者吳曲波, 宋振宇, 張華鋒, 李宏勝, 李濤, 董其義, 趙濤 申請人:張華鋒, 李濤