專利名稱：單方向磁場自動定位測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型主要涉及一種能實現(xiàn)單方向磁場自動定位測量的裝置，該裝置能夠自 動測量空間指定區(qū)域或指定位置的磁場參數(shù)，屬于單方向磁場的高精度定位測量技術領 域。
背景技術：
在特殊磁場設計與構建過程中，需要進行規(guī)定空間位置的高精度磁場測量。例如， 在核磁共振成像儀磁體結構的設計中，要求永磁磁體能夠在30cm直徑的球形成像空間內(nèi) 產(chǎn)生單方向高度均勻的恒定磁場。為了達到這個設計目標，需要不斷調(diào)整磁體結構，對成像 空間磁場進行反復多次逐點測量，并且要保證定位準確，測量精度高。再例如，用于為基礎 實驗提供強磁場的永磁魔環(huán)機構，該永磁魔環(huán)能夠在孔徑為幾厘米的空間內(nèi)產(chǎn)生單方向均 勻強磁場，在其設計過程中，同樣面臨空間磁場逐點多次高精度測量問題。目前，該類單方向磁場測量工作主要由人工手動操作來完成，這樣，大量時間用于 調(diào)整霍爾探頭位置以及測量數(shù)據(jù)的記錄，而且定位精度較低，磁場測量數(shù)據(jù)不可靠。近來， 也有把計算機數(shù)據(jù)采集技術與人工操作機械機構結合起來的技術，可以一定程度的減少讀 取數(shù)據(jù)的工作量，但是，仍需要人工轉動霍爾探頭角度，工作量很然很大，測量精度也達不 到要求。由上可知，針對一些特殊磁場的測量工作，如單方向磁場的測量問題，急需研制一 套易操作、精度高、通用性強的磁場測量系統(tǒng)。實用新型內(nèi)容1、實用新型目的本實用新型的目的是提供一種單方向磁場自動定位測量裝置，該裝置克服了現(xiàn)有 技術中的缺陷，方便快捷，界面操作簡單?？纱嫒斯な謩訙y量過程，大大減小操作工作量， 提高測量精度和測量效率。主要應用于單方向磁場的高精度定位測量領域。2、技術方案本實用新型是通過以下技術方案來實現(xiàn)的一種單方向磁場自動定位測量裝置，是由容柵位移傳感器和霍爾探頭構成的數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)、計算機和串口構成的計算機控制電機運動系統(tǒng)和機械執(zhí)行系統(tǒng)構成，其特征在 于所述容柵位移傳感器包括容柵位移傳感器定尺和容柵位移傳感器動尺；所述機械執(zhí)行 系統(tǒng)包括探桿X方向平移調(diào)節(jié)機構、探桿y方向平移調(diào)節(jié)機構和探桿Z方向平移調(diào)節(jié)機構； 所述探桿上安裝有測量磁場的特斯拉計的霍爾探頭，該探桿通過測量臂與探桿y方向平移 調(diào)節(jié)機構連接；探桿y方向平移調(diào)節(jié)機構通過運動滑臺與探桿ζ方向平移調(diào)節(jié)機構連接； 探桿ζ方向平移調(diào)節(jié)機構通過滑動支架與探桿χ方向平移調(diào)節(jié)機構連接。所述探桿y方向平移調(diào)節(jié)機構上設有第二滑道，該第二滑道中設有絲杠，第二數(shù) 控電機設置在絲杠的一端，該絲杠與滑塊通過螺紋連接，滑塊上安裝有測量臂，測量臂的另 一端連接探桿。所述滑道上固定有y方向容柵位移傳感器定尺，容柵位移傳感器動尺固定 在滑塊上?；瑝K通過第二數(shù)控電機驅動絲杠運動帶動探桿沿y方向做平移運動，滑塊上的容柵位移傳感器動尺記錄探桿y方向平移運動距離，并通過容柵位移傳感器動尺的串口將 探桿的y方向位置信息傳給計算機。所述探桿ζ方向平移調(diào)節(jié)機構上設有第三滑道，該第三滑道中也設有絲杠，第三 數(shù)控電機設置在絲杠的一端，該絲杠與運動滑臺通過螺紋連接，運動滑臺上安裝探桿y方 向平移調(diào)節(jié)機構；所述第三滑道側面固定有ζ方向容柵位移傳感器定尺，容柵位移傳感器 動尺固定在運動滑臺上；運動滑臺通過第三數(shù)控電機驅動絲杠運動帶動探桿沿ζ方向做平 移運動，運動滑臺上的容柵位移傳感器動尺記錄探桿ζ方向平移運動距離，并通過容柵位 移傳感器動尺的串口將探桿的Z方向位置信息傳給計算機。所述探桿X方向平移調(diào)節(jié)機構上設有第一滑道，該第一滑道中也設有絲杠，第一 數(shù)控電機設置在絲杠的一端，該絲杠與滑動支架通過螺紋連接，滑動支架上安裝探桿Z方 向平移調(diào)節(jié)機構；所述第一滑道側面固定有χ方向容柵位移傳感器定尺，容柵位移傳感器 動尺固定在滑動支架上；滑動支架通過第一數(shù)控電機驅動絲杠運動帶動探桿沿X方向做平 移運動，滑動支架上的容柵位移傳感器動尺記錄探桿X方向平移運動距離，并通過容柵位 移傳感器動尺的串口將探桿的X方向位置信息傳給計算機。所述數(shù)控電機均為步進電機。所述的測量裝置采用不導磁的鋁合金材料。3、優(yōu)點及效果本實用新型的有益效果如下(1)、采用三套數(shù)控電機，可分別實現(xiàn)探桿的三個方向的平移運動；(2)、采用滾珠絲杠和滑道，利用滾珠絲杠的高精度和滑道的強接觸剛度保證了裝 置整體定位的精度高；(3)、采用閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)了探桿的自動定位和自動測量，加快了測量的速度， 提高了測量精度；(4)、編制的軟件界面操作簡便，數(shù)據(jù)的可視化程度高，提高了工作效率。


圖1為本實用新型測量裝置側視圖；圖2為本實用新型測量裝置正視圖；圖3為本實用新型測量裝置位置檢測及串口數(shù)據(jù)傳輸示意圖；圖4為本實用新型測量裝置磁場檢測及串口數(shù)據(jù)傳輸示意圖。附件1為本實用新型測量系統(tǒng)軟件操作界面。附圖標記說明圖1到圖4中1、第三數(shù)控電機；2、第一數(shù)控電機；4、容柵位移傳感器定尺；5、容 柵位移傳感器動尺；6、滑動支架；7、運動滑臺；8、測量臂；9、探桿；10、探桿y方向平移調(diào)節(jié) 機構；11、第二數(shù)控電機；12、絲杠；13、滑塊；14、霍爾探頭；15特斯拉計；x、y、z均為坐標方 向。附件1為軟件控制界面示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型做進一步的說明如圖4中所示，一種單方向磁場自動定位測量裝置，是由容柵位移傳感器4、5和霍爾探頭14構成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算機和串口構成的計算機控制電機運動系統(tǒng)和機械執(zhí) 行系統(tǒng)構成，其特征在于所述機械執(zhí)行系統(tǒng)包括如圖1中所示的探桿Χ方向平移調(diào)節(jié)機 構、圖2中所示的探桿y方向平移調(diào)節(jié)機構和探桿ζ方向平移調(diào)節(jié)機構；所述探桿9上安裝 有測量磁場的特斯拉計15的霍爾探頭14，該探桿9通過測量臂8與探桿y方向平移調(diào)節(jié)機 構連接；探桿y方向平移調(diào)節(jié)機構通過運動滑臺7與探桿ζ方向平移調(diào)節(jié)機構連接；探桿ζ 方向平移調(diào)節(jié)機構通過滑動支架6與探桿χ方向平移調(diào)節(jié)機構連接。如圖1和圖2中所示，所述探桿y方向平移調(diào)節(jié)機構上設有第二滑道32，該第二滑 道32中設有絲杠12，第二數(shù)控電機11設置在絲杠12的一端，該絲杠12與滑塊13通過螺 紋連接，滑塊13上安裝有測量臂8，測量臂8的另一端連接探桿9。所述滑道上固定有y方 向容柵位移傳感器定尺4，容柵位移傳感器動尺5固定在滑塊13上?；瑝K13通過第二數(shù)控 電機11驅動絲杠12運動帶動探桿9沿y方向做平移運動，滑塊13上的容柵位移傳感器動 尺5記錄探桿y方向平移運動距離，并通過如圖3中所示的容柵位移傳感器動尺的串口將 探桿的y方向位置信息傳給計算機。如圖1和圖2中所示，所述探桿ζ方向平移調(diào)節(jié)機構上設有第三滑道33，該第三滑 道33中也設有絲杠12，第三數(shù)控電機1設置在絲杠12的一端，該絲杠與運動滑臺7通過螺 紋連接，運動滑臺7上安裝探桿y方向平移調(diào)節(jié)機構；所述第三滑道33側面固定有ζ方向 容柵位移傳感器定尺4，容柵位移傳感器動尺5固定在運動滑臺7上；運動滑臺7通過第三 數(shù)控電機1驅動絲杠12運動帶動探桿9沿ζ方向做平移運動，運動滑臺7上的容柵位移傳 感器動尺5記錄探桿ζ方向平移運動距離，并通過如圖3中所示的容柵位移傳感器動尺的 串口將探桿的ζ方向位置信息傳給計算機。如圖1中所示，所述探桿χ方向平移調(diào)節(jié)機構上設有第一滑道31，該第一滑道中也 設有絲杠12，第一數(shù)控電機2設置在絲杠12的一端，該絲杠與滑動支架6通過螺紋連接，滑 動支架6上安裝探桿ζ方向平移調(diào)節(jié)機構；所述第一滑道31側面固定有χ方向容柵位移傳 感器定尺4，容柵位移傳感器動尺5固定在滑動支架6上；滑動支架6通過第一數(shù)控電機2 驅動絲杠12運動帶動探桿9沿χ方向做平移運動，滑動支架6上的容柵位移傳感器動尺5 記錄探桿χ方向平移運動距離，并通過如圖3中所示的容柵位移傳感器動尺的串口將探桿 的χ方向位置信息傳給計算機。上述第一數(shù)控電機2，第二數(shù)控電機11和第三數(shù)控電機1均為步進電機，計算機串 口輸出端發(fā)出脈沖信號經(jīng)步進電機驅動器傳給步進電機，轉化為步進電機的角位移。所述單方向磁場自動定位測量裝置采用不導磁的鋁合金材料，從而避免了測量裝 置對待測磁場的干擾。所述特斯拉計15可以選用不同的測量量程，實現(xiàn)不同磁場強度的磁體結構產(chǎn)生 的磁場的測量。本實用新型在進行測量工作時，首先由用戶向計算機輸入測量方式，可為定點測 量或連續(xù)自動測量；計算機根據(jù)閉環(huán)控制算法依次向x、y、z三個方向的步進電機驅動器發(fā) 出控制信息，分別帶動三個方向步進電機運動；然后三個方向的容柵位移傳感器測量當前 探桿的空間位置，并將位置信息通過串口反饋給計算機，結合計算機控制程序，進行判別， 調(diào)整三個方向平移機構的運動位置，自動重復上述過程，直到探桿9調(diào)整到用戶指定位置； 如圖4中所示，最后特斯拉計15讀入當前位置磁場場強，并將該數(shù)值通過串口傳給計算機，并通過附件1中的軟件界面顯示待測點的位置信息和磁場場強信息。下面結合具體實施例對本實用新型做進一步的說明實施例1 容柵位移傳感器定尺在x、y、z三個方向的測量范圍依次為0 530mm、 0 400mm、0 400mm ；特斯拉計的量程為0 2. 0T,分辨率0. ImT ；軟件控制界面如附件1 中所示。該測量界面可實時顯示當前輸入的測量點的坐標以及容柵位移傳感器測量的當前 位置的坐標值。軟件根據(jù)測量目標和當前位置值的誤差即可自動調(diào)節(jié)，也可手動調(diào)節(jié)單軸 向的坐標差值，從而最大限度降低定位誤差。本實用新型主要應用于各種核磁共振成像設備、永磁魔環(huán)等永磁機構產(chǎn)生的單方 向磁場的準確測量工作；整個磁場測量過程由預設的計算機程序控制自動化完成，加快了 測量的速度，提高了測量精度；編制的軟件界面操作簡便，數(shù)據(jù)的可視化程度高，提高了工 作效率。
權利要求1.一種單方向磁場自動定位測量裝置，是由容柵位移傳感器和霍爾探頭(14)構成的 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算機和串口構成的計算機控制電機運動系統(tǒng)和機械執(zhí)行系統(tǒng)構成，其特 征在于所述容柵位移傳感器包括容柵位移傳感器定尺(4)和容柵位移傳感器動尺(5)；所 述機械執(zhí)行系統(tǒng)包括探桿χ方向平移調(diào)節(jié)機構、探桿y方向平移調(diào)節(jié)機構和探桿ζ方向平 移調(diào)節(jié)機構；所述探桿(9)上安裝有測量磁場的特斯拉計(15)的霍爾探頭(14)，該探桿(9) 通過測量臂(8)與探桿y方向平移調(diào)節(jié)機構連接；探桿y方向平移調(diào)節(jié)機構通過運動滑臺 (7)與探桿ζ方向平移調(diào)節(jié)機構連接；探桿ζ方向平移調(diào)節(jié)機構通過滑動支架(6)與探桿χ 方向平移調(diào)節(jié)機構連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的單方向磁場自動定位測量裝置，其特征在于所述探桿y方 向平移調(diào)節(jié)機構上設有第二滑道(32)，該第二滑道(32)中設有絲杠(12)，第二數(shù)控電機(11)設置在絲杠(12)的一端，該絲杠(12)與滑塊(13)通過螺紋連接，滑塊(13)上安裝有 測量臂(8 )，測量臂(8 )的另一端連接探桿(9 )，所述滑道上固定有y方向容柵位移傳感器定 尺(4)，容柵位移傳感器動尺(5)固定在滑塊(13)上，滑塊(13)通過第二數(shù)控電機(11)驅 動絲杠(12)運動帶動探桿(9)沿y方向做平移運動，滑塊(13)上的容柵位移傳感器動尺 (5)記錄探桿y方向平移運動距離，并通過容柵位移傳感器動尺的串口將探桿的y方向位置 信息傳給計算機。
3.根據(jù)權利要求1所述的單方向磁場自動定位測量裝置，其特征在于所述探桿ζ方 向平移調(diào)節(jié)機構上設有第三滑道(33)，該第三滑道(33)中也設有絲杠(12)，第三數(shù)控電機 (1)設置在絲杠(12)的一端，該絲杠與運動滑臺(7)通過螺紋連接，運動滑臺(7)上安裝探 桿y方向平移調(diào)節(jié)機構；所述第三滑道(33)側面固定有ζ方向容柵位移傳感器定尺(4)，容 柵位移傳感器動尺(5 )固定在運動滑臺(7 )上；運動滑臺(7 )通過第三數(shù)控電機(1)驅動絲 杠(12)運動帶動探桿(9)沿ζ方向做平移運動，運動滑臺(7)上的容柵位移傳感器動尺(5) 記錄探桿ζ方向平移運動距離，并通過容柵位移傳感器動尺的串口將探桿的ζ方向位置信 息傳給計算機。
4.根據(jù)權利要求1所述的單方向磁場自動定位測量裝置，其特征在于所述探桿χ方 向平移調(diào)節(jié)機構上設有第一滑道(31)，該第一滑道中也設有絲杠(12)，第一數(shù)控電機(2) 設置在絲杠(12)的一端，該絲杠與滑動支架(6)通過螺紋連接，滑動支架(6)上安裝探桿ζ 方向平移調(diào)節(jié)機構；所述第一滑道(31)側面固定有χ方向容柵位移傳感器定尺(4)，容柵 位移傳感器動尺(5)固定在滑動支架(6)上；滑動支架(6)通過第一數(shù)控電機(2)驅動絲杠(12)運動帶動探桿(9)沿χ方向做平移運動，滑動支架(6)上的容柵位移傳感器動尺(5)記 錄探桿χ方向平移運動距離，并通過容柵位移傳感器動尺的串口將探桿的χ方向位置信息 傳給計算機。
5.根據(jù)權利要求2、3或4所述的單方向磁場自動定位測量裝置，其特征在于所述數(shù) 控電機均為步進電機。
6.根據(jù)權利要求1、2、3或4所述的單方向磁場自動定位測量裝置，其特征在于所述 的測量裝置采用不導磁的鋁合金材料。
專利摘要本實用新型涉及一種單方向磁場自動定位測量裝置，本裝置包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算機控制電機運動系統(tǒng)、機械執(zhí)行系統(tǒng)三部分。其中三套數(shù)控電機可分別實現(xiàn)探桿在三個方向的平移運動，容柵位移傳感器可測量當前探桿的空間位置，并將位置信息通過串口反饋給計算機，計算機利用控制程序進行判別，進而調(diào)整三個方向平移機構的運動位置，上述過程自動重復，直到探桿調(diào)整到用戶指定位置。整個磁場測量過程由預設的計算機程序控制自動化完成，加快了測量的速度，提高了測量精度。編制的軟件界面操作簡便，數(shù)據(jù)的可視化程度高，提高了工作效率。本實用新型主要應用于各種核磁共振成像設備、永磁魔環(huán)等永磁機構產(chǎn)生的單方向磁場的準確測量工作。
文檔編號G01R33/07GK201909837SQ20102061806
公開日2011年7月27日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權日2010年11月22日
發(fā)明者任自艷, 張艷麗, 徐福增, 曾建斌, 曾林鎖, 朱建棟, 謝德馨, 閻秀恪 申請人:沈陽工業(yè)大學