專利名稱：基于韋根效應(yīng)的穩(wěn)恒微弱磁場測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及穩(wěn)恒微弱磁場測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于韋根效應(yīng)的穩(wěn)恒微弱 磁場測量儀。
背景技術(shù)：
近年來，隨著磁場測量技術(shù)的不斷發(fā)展，測量的范圍達(dá)到10_15 IO3T,已廣泛應(yīng)用 于地球物理、空間技術(shù)、軍事工程、工業(yè)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、考古等各個(gè)領(lǐng)域中。目前比較成熟的 磁場測量方法主要有電磁感應(yīng)法、霍爾效應(yīng)法、磁飽和法、核磁共振法、超導(dǎo)效應(yīng)法和磁光 效應(yīng)法等。不同測量方法適合于不同的測量范圍，并有著不同的測量要求。對于穩(wěn)恒磁場的 測量，常用的探測線圈法是配以指針式交流電壓表來進(jìn)行測量。但由于探測線圈體積較大， 指針式交流電壓表只能登記某一磁場區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度，所以測量誤差較大?；诨魻栃?應(yīng)的測量方法所使用的霍爾器件雖然靈敏度高、體積小，但溫度穩(wěn)定性較差，精度一般只有 0. 5% 5%，而且容易損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于韋根效應(yīng)的穩(wěn)恒微弱磁場測量儀，該測量儀體積 小、生產(chǎn)成本低，能準(zhǔn)確測量較小范圍內(nèi)的穩(wěn)恒微弱磁場，能在嚴(yán)酷的環(huán)境下工作，借助于 LabVIEff軟件編程進(jìn)行信號處理，在計(jì)算機(jī)上顯示出被測磁場的大小和方向。本發(fā)明所提出的技術(shù)解決方案是這樣的一種基于韋根效應(yīng)的穩(wěn)恒微弱磁場測量儀，包括直流電源、韋根傳感器、數(shù)據(jù)采集 卡和計(jì)算機(jī)，所述數(shù)據(jù)采集卡輸出端與裝有LabVIEW編寫的軟件的計(jì)算機(jī)輸入口相連接， 還設(shè)有由支架支承的穩(wěn)恒微弱磁場測量棒，所述穩(wěn)恒微弱磁場測量棒由探頭、高速馬達(dá)、轉(zhuǎn) 軸組成并由外殼包裹，高速馬達(dá)通過轉(zhuǎn)軸驅(qū)動探頭高速旋轉(zhuǎn)，所述探頭位于所述被測的穩(wěn) 恒微弱磁場中，該探頭信號輸出端與所述數(shù)據(jù)采集卡輸入端連接。所述探頭由韋根傳感器、換向器、電刷組成，所述換向器由弧度為210° -270°范 圍的第1瓣換向器和弧度為90° -150°的第2瓣向器組成，該換向器固定在所述轉(zhuǎn)軸上， 一對電刷固定在與換向器相對應(yīng)的外殼內(nèi)，該對電刷通過引線與所述數(shù)據(jù)采集卡輸入端連接。所述韋根傳感器由線圈、韋根絲、引線組成并置于圓筒形殼體內(nèi)，所述韋根絲位于 所述線圈中軸線上，其兩端部伸出該線圈外，并通過兩根引線分別與第1瓣換向器和第2瓣 換向器相連接，所述轉(zhuǎn)軸9 一端固定在殼體中部并與殼體中心線相互垂直。所述數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)運(yùn)用LabVIEW編寫的軟件進(jìn)行處理，該軟件由數(shù)據(jù)采 集、數(shù)據(jù)處理、測量控制、自動化檢測和記錄保存刪除五個(gè)主模塊順序連接組成，其中數(shù)據(jù) 采集模塊用于高速連續(xù)不斷地大容量采集數(shù)據(jù)，將韋根絲感生出來的電信號實(shí)時(shí)顯示其波 形，所述數(shù)據(jù)處理模塊是用于調(diào)用統(tǒng)計(jì)子模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均，減少數(shù)值的跳動帶來的讀數(shù)誤差，所述測量控制模塊設(shè)置了調(diào)零功能，在每次測量被測磁場前，先進(jìn)行調(diào)零操 作，所述自動化檢測模塊用于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍，將測量到的產(chǎn)品的磁感應(yīng) 強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)磁感應(yīng)強(qiáng)度比較，統(tǒng)計(jì)出產(chǎn)品的合格率，所述記錄保存刪除模塊用于實(shí)時(shí)記錄 被測磁場的測量值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著效果本技術(shù)方案是將包括韋根傳感器在內(nèi)的探頭置于被測的穩(wěn)恒微弱磁場中，采用高 速馬達(dá)驅(qū)動韋根傳感器轉(zhuǎn)動，當(dāng)敏感的韋根絲某極性(例如N極)磁場達(dá)到敏發(fā)磁感應(yīng)強(qiáng) 度時(shí)，韋根絲中的磁疇受到激勵會發(fā)生運(yùn)動，磁化方向瞬間轉(zhuǎn)向同一方向，同時(shí)韋根絲周圍 磁場也發(fā)生變化，感應(yīng)線圈產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，當(dāng)韋根傳感器旋轉(zhuǎn)到相反極性(S極)磁場 增強(qiáng)觸發(fā)磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，敏感絲磁化方向又瞬間發(fā)生翻轉(zhuǎn)，感應(yīng)線圈又產(chǎn)生一個(gè)相反的脈 沖信號，韋根傳感器反復(fù)旋轉(zhuǎn)，使韋根傳感器輸出一個(gè)一定頻率的交流信號，該信號脈沖幅 度較大且穩(wěn)定，由數(shù)字采集卡將該交流信號傳送到計(jì)算機(jī)，運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)LabVIEW軟 件編程進(jìn)行處理，通過脈沖信號的方向，可以判斷出被測磁場方向，最后在顯示器上顯示并 輸出被測磁場的大小和方向。(1)由于韋根傳感器可以在-30°C _135°C范圍內(nèi)正常工作，所以本測量儀可在嚴(yán) 酷的環(huán)境下正常工作。(2)能同時(shí)測量被測穩(wěn)恒微弱磁場的大小和方向。(3)由于測量棒尺寸較小，可以做到13X5X 11mm3，所以能準(zhǔn)確地測量較小范圍內(nèi) 的穩(wěn)恒微弱磁場，而且測量操作簡易，測量儀體積小、容易攜帶。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種基于韋根效應(yīng)的穩(wěn)恒微弱磁場測量儀的系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)示意圖。圖2是圖1所示探頭內(nèi)的韋根傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1所示探頭結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖1所示計(jì)算機(jī)運(yùn)用LabVIEW編寫的軟件模塊處理數(shù)據(jù)流程圖。圖中1、直流電源；2、被測穩(wěn)恒微弱磁場；3、探頭，3-1、韋根傳感器，3-2、換向 器，3-3、電刷，3-1-1、殼體，3-1-2、線圈，3-1-3、韋根絲，3_1_4、引線，3_2_1、第1瓣向器， 3-2-2、第2瓣換向器；4、高速馬達(dá)；5、數(shù)字采集卡；6、計(jì)算機(jī)；7、支架；8、測量棒；9、轉(zhuǎn)軸。
具體實(shí)施例方式通過下面實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)闡述。參見圖1-4所示，本發(fā)明的一種基于韋根效應(yīng)的穩(wěn)恒微弱磁場測量儀由直流電源 1、穩(wěn)恒微弱磁場測量棒8、數(shù)字采集卡5、計(jì)算機(jī)6組成，支架7支承的穩(wěn)恒微弱磁場測量棒 8由探頭3、高速馬達(dá)4、轉(zhuǎn)軸9組成并由外殼包裹著，探頭3由韋根傳感器3-1、換向器3-2、 電刷3-3組成。換向器3-2由第1瓣換向器3-2-1和第2瓣換向器3_2_2組成，第1瓣換向 器3-2-1的弧度范圍為210° -170°，本例選取240°，第2瓣換向器3_2_2的弧度范圍為 90° -150°，本例選取120°。換向器3-2固定在轉(zhuǎn)軸9上，一對對向的電刷3-3固定在與 換向器3-2相對應(yīng)的外殼內(nèi)。韋根傳感器3-1由線圈3-1-2、韋根絲3-1-3、引線3-1-4組
4成并置于圓筒形外殼體3-1-1內(nèi)，韋根絲3-1-3位于線圈3-1-2中軸線上，其兩端部伸出該 線圈3-1-2外，并通過兩根引線3-1-4分別接于第1瓣換向器3-2-1和第2瓣向器3_2_2 上，轉(zhuǎn)軸1 一端固定在殼體3-1-1中部并與殼體3-1-1中心線相互垂直。穩(wěn)恒微弱磁場測 量棒8的前部裝有探頭3，后部裝有高速馬達(dá)4，高速馬達(dá)4由直流電源1供電轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn) 軸9驅(qū)動探頭3內(nèi)的韋根傳感器3-1和換向器3-2旋轉(zhuǎn)。工作時(shí)，探頭3被置于被測的穩(wěn) 恒微弱磁場2中，韋根傳感器3-1輸出的信號至數(shù)據(jù)采集卡5，經(jīng)由LabVIEW編寫的軟件進(jìn) 行處理，在計(jì)算機(jī)6的顯示器上顯示并輸出被測穩(wěn)恒微弱磁場2的大小和方向。工作時(shí)，韋根傳感器3-1在被測穩(wěn)恒微弱磁場2中不斷轉(zhuǎn)動，韋根絲3-1-3的磁通 量不斷發(fā)生變化，使韋根絲3-1-3產(chǎn)生脈沖電壓信號，該電壓信號引出到非對稱的換向器 3-2中，通過電刷3-3將信號引入PCI2013的數(shù)字采集卡5，在電腦中打開LabVIEW的工作 界面，鼠標(biāo)點(diǎn)擊開始工作前調(diào)零，當(dāng)LabVIEW開始工作后，數(shù)字采集卡5對數(shù)據(jù)收集處理，最 后在電腦屏幕顯示被測磁場的大小和方向。當(dāng)應(yīng)用在工廠生產(chǎn)線時(shí)，把探頭3放在帶穩(wěn)恒 微弱的磁性的產(chǎn)品的流水線附近，韋根傳感器3-1就會產(chǎn)生脈沖信號，通過換向器3-2和電 刷3-3，把脈沖信號輸入到數(shù)字采集卡5上，通過數(shù)字采集卡5采集，再通過軟件的處理，就 可以判斷出該產(chǎn)品的磁場的大小和磁場的方向，還可以在軟件的板面上輸入合格產(chǎn)品的磁 場的大小范圍，可以報(bào)表，顯示出哪些產(chǎn)品是不合格的，以及產(chǎn)品合格率是多少。圖3所示被測穩(wěn)恒微弱磁場方向從右到左，換向器3-2分為兩瓣，第1瓣換向器 3-2-1是240°，第2瓣換向器3-2-2是120°，當(dāng)換向器2旋轉(zhuǎn)到一定位置，使得上、下電刷 3-3同時(shí)與第1瓣換向器3-2-1接觸時(shí)，電刷3-3將接收不到任何脈沖信號，持續(xù)一段時(shí)間 后直到上電刷3-3與下電刷3-3分別接觸第1瓣換向器3-2-1和第2瓣換向器3_2_2時(shí)， 電壓分量的波形才重新出現(xiàn)。正是由于這段電壓幅值為零的線段出現(xiàn)，使得電壓信號的波 形為非對稱，為被測穩(wěn)恒微弱磁場2方向的確定提供了依據(jù)。本實(shí)施例運(yùn)用LabVIEW編寫的軟件完成對數(shù)據(jù)采集卡5采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 該軟件由下列模塊按序連接組成數(shù)據(jù)采集模塊，使計(jì)算機(jī)能高速連續(xù)不斷地大容量采集 數(shù)據(jù)，將韋根傳感器3-1感生出來的電信號實(shí)時(shí)地顯示出波形；數(shù)據(jù)處理模塊，用于調(diào)用統(tǒng) 計(jì)子模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均，減少數(shù)值的跳動帶來的讀數(shù)誤差，該軟件對信號進(jìn)行積分， 當(dāng)信號在一個(gè)周期上的積分為正數(shù)時(shí)，探頭3正半面所對的磁極相當(dāng)于S極，此時(shí)面板顯 示為“S”，當(dāng)信號在一個(gè)周期上的積分為負(fù)數(shù)時(shí)，探頭3反半面所對的磁極相當(dāng)于N極，此 時(shí)面板顯示為“N” ；測量控制模塊，設(shè)置了調(diào)零功能，在每次測量目標(biāo)磁場前，先進(jìn)行調(diào)零操 作；自動化檢測模塊，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍，將測量到的產(chǎn)品的磁感應(yīng)強(qiáng)度與標(biāo) 準(zhǔn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度對比，在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的則自動記錄為合格產(chǎn)品，超出標(biāo)準(zhǔn)范圍的則自動記 錄為不合格產(chǎn)品，并統(tǒng)計(jì)出產(chǎn)品的合格率；記錄、保存及刪除模塊，用于實(shí)時(shí)記錄被測磁場 的測量值。
權(quán)利要求
一種基于韋根效應(yīng)的穩(wěn)恒微弱磁場測量儀，包括直流電源、韋根傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)，所述數(shù)據(jù)采集卡輸出端與裝有LabVIEW編寫的軟件的計(jì)算機(jī)輸入口相連接，其特征在于還設(shè)有由支架支承的穩(wěn)恒微弱磁場測量棒，所述穩(wěn)恒微弱磁場測量棒由探頭、高速馬達(dá)、轉(zhuǎn)軸組成并由外殼包裹，高速馬達(dá)通過轉(zhuǎn)軸驅(qū)動探頭高速旋轉(zhuǎn)，所述探頭位于所述被測的穩(wěn)恒微弱磁場中，該探頭信號輸出端與所述數(shù)據(jù)采集卡輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于韋根效應(yīng)的穩(wěn)恒微弱磁場測量儀，其特征在于所述探 頭由韋根傳感器、換向器、電刷組成，所述換向器由弧度為210° -270°范圍的第1瓣換向 器和弧度為90° -150°的第2瓣向器組成，該換向器固定在所述轉(zhuǎn)軸上，一對電刷固定在 與換向器相對應(yīng)的外殼內(nèi)，該對電刷通過弓丨線與所述數(shù)據(jù)采集卡輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于韋根效應(yīng)的穩(wěn)恒微弱磁場測量儀，，其特征在于所述韋 根傳感器由線圈、韋根絲、引線組成并置于圓筒形殼體內(nèi)，所述韋根絲位于所述線圈中軸線 上，其兩端部伸出該線圈外，并通過兩根引線分別與第1瓣換向器和第2瓣換向器相連接， 所述轉(zhuǎn)軸9 一端固定在殼體中部并與殼體中心線相互垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于韋根效應(yīng)的穩(wěn)恒微弱磁場測量儀，其特征在于所述數(shù) 據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)運(yùn)用LabVIEW編寫的軟件進(jìn)行處理，該軟件由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、測 量控制、自動化檢測和記錄保存刪除五個(gè)主模塊順序連接組成，其中數(shù)據(jù)采集模塊用于高 速連續(xù)不斷地大容量采集數(shù)據(jù)，將韋根絲感生出來的電信號實(shí)時(shí)顯示其波形，所述數(shù)據(jù)處 理模塊是用于調(diào)用統(tǒng)計(jì)子模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均，所述測量控制模塊設(shè)置了調(diào)零功能， 所述自動化檢測模塊用于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍，并統(tǒng)計(jì)出產(chǎn)品的合格率，所述 記錄保存刪除模塊用于實(shí)時(shí)記錄被測磁場的測量值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于韋根效應(yīng)的穩(wěn)恒微弱磁場測量儀，該測量儀包括直流電源、韋根傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)，所述數(shù)據(jù)采集卡輸出端與裝有LabVIEW編寫的軟件的計(jì)算機(jī)輸入口相連接，還設(shè)有由支架支承的穩(wěn)恒微弱磁場測量棒，所述穩(wěn)恒微弱磁場測量棒由探頭、高速馬達(dá)、轉(zhuǎn)軸組成并由外殼包裹，高速馬達(dá)通過轉(zhuǎn)軸驅(qū)動探頭高速旋轉(zhuǎn)，所述探頭位于所述被測的穩(wěn)恒微弱磁場中，該探頭信號輸出端與所述數(shù)據(jù)采集卡輸入端連接。本測量儀能準(zhǔn)確測量較小范圍內(nèi)的穩(wěn)恒微弱磁場，并在計(jì)算機(jī)上顯示出被測磁場的大小和方向。
文檔編號G01R33/02GK101975933SQ201010282588
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者曹輝, 李成龍, 梁兆基, 江少青 申請人:佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院