專利名稱：三維脈沖磁場測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種磁場測量裝置。
背景技術：
目前磁場測量的方法主要有法拉第電磁感應法和法拉第磁光效應法。磁光效應法對環(huán)境變化不敏感，外界干擾對測量系統(tǒng)影響較小，但是測量系統(tǒng)實現(xiàn)起來比較復雜；法拉第電磁感應方法，外界干擾對測量量的影響較大，但系統(tǒng)實現(xiàn)相對簡單，從實際應用和經(jīng)濟性的角度出發(fā)，電磁感應方法可以作為一種實際可行的磁場測量方法。不過由于磁場在空間的矢量方向是無法感知的，一般在使用法拉第感應線圈作為磁場傳感器時，如果感應平面與磁場方向不垂直時，所輸出的感應電流和電壓無法反映實際場強的大小。因此要求測量系統(tǒng)不僅要具有較快的響應速度，還須讓探頭(線圈)能在測量空間進行三維運動，保證測量值的可靠性。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是，提供一種三維脈沖磁場測量裝置，該裝置使測量系統(tǒng)具有較寬的量程、較快的響應速度以及能準確讀出三維方向上的磁場參數(shù)值和位移值， 以克服傳統(tǒng)測量裝置存在的無法反映實際場強的不足。為了解決所述的技術問題，本發(fā)明采取以下技術方案電磁感應線圈與線圈骨架相連、取樣電阻與電磁感應線圈并聯(lián)，在取樣電阻與PLC控制系統(tǒng)之間分別連接頻率變送器、電壓變送器，PLC控制系統(tǒng)與顯示器連接；PLC控制系統(tǒng)還分別與縱向位移傳感器、橫向位移傳感器、角位移傳感器連接，縱向位移傳感器、橫向位移傳感器、角位移傳感器分別安裝在三坐標移動機構上；線圈骨架安裝在連接桿上，連接桿與三坐標移動機構的固定桿相連。所述的電磁感應線圈材料為細銅線，均勻繞在線圈骨架上，繞制層數(shù)為1-6層。所述的電磁感應線圈所繞制的磁路長度L/線圈直徑D=O. 866。所述的線圈骨架采用聚氯乙烯制作。所述的三坐標移動機構與電機連接。電磁感應線圈設計為可調式。本發(fā)明工作時，感應線圈通過連接的電壓變送器將感應電壓轉換成PLC控制系統(tǒng)可以識別的標準電壓信號，三個位移傳感器分別將三坐標移動機構上X、z、XOY方向上的位移信號送入PLC控制系統(tǒng)的外部接口，經(jīng)文本顯示器顯示在液晶屏上，電壓/頻率轉換計 (V/FC)與PLC控制系統(tǒng)的高速計數(shù)端口相連，測量磁場的頻率，在文本顯示器上可以讀出待測磁場的瞬時頻率、場強和三坐標位移值。本發(fā)明以PLC控制系統(tǒng)作為控制核心，將普通的探頭(線圈)改良為可三維移動的探頭(線圈)，使測量系統(tǒng)具有較寬的量程、較快的響應速度以及能準確讀出三維方向上的磁場參數(shù)值和位移值，以克服傳統(tǒng)電磁感應方法測量磁場存在的局限。
本發(fā)明的有益效果采用本發(fā)明的測量系統(tǒng)，磁場變化的梯度越大，對測量磁場的線圈反映就越靈敏，針對梯度變化較大的磁場具有良好的適用性；用PLC控制系統(tǒng)的高速輸入端口測量磁場的頻率，理論上限可以達到20KHz，感應線圈設計成可調式，保證測量場強的峰值范圍具有寬量程，解決了市場上的場強計測量范圍僅限于強磁場的低頻段和通信用的弱磁場的高頻段的缺點，采用本裝置可以精確測量磁場頻率在1-4000HZ的任意場強值；針對不同的磁場測量范圍，可通過外部的硬件(線圈)與PLC (軟件)交互進行調整，具有良好的通用性；顯示界面可以顯示任意三坐標下的磁場強度、頻率值。


圖1為本發(fā)明測量裝置的示意圖； 圖2為本發(fā)明測量裝置的電氣接線圖3為本發(fā)明電磁感應線圈與線圈骨架的結構及連接方式圖； 圖4為本發(fā)明測量裝置的三坐標移動機構示意圖。
具體實施例方式
具體實施例方式本發(fā)明測量裝置如圖1所示意，電磁感應線圈1與線圈骨架2相連、 取樣電阻3與電磁感應線圈1并聯(lián)，在取樣電阻3與PLC控制系統(tǒng)5之間分別連接頻率變送器11、電壓變送器4，PLC控制系統(tǒng)5與顯示器10連接；PLC控制系統(tǒng)5還分別與縱向位移傳感器6、橫向位移傳感器7、角位移傳感器8連接，縱向位移傳感器6、橫向位移傳感器 7、角位移傳感器8分別安裝在三坐標移動機構9上；線圈骨架2安裝在連接桿15上，連接桿15與三坐標移動機構9的固定桿14相連。由于位于梯度磁場中的感應線圈1處于微分工作狀態(tài)，感應線圈骨架2設計成可調式，取樣電阻3兩端的電壓與被測磁場呈微分關系，需得到與被測磁場一致的磁參數(shù)，通過外積分器對取樣電阻上的信號進行積分即可。如圖1所示意，通過電壓變送器4將電磁感應線圈1兩端電壓轉化成PLC控制系統(tǒng)5可以識別的標準電壓信號，用PLC控制系統(tǒng)5作為外積分器，對電壓信號進行采樣、線性積分運算，將磁場強度值顯示在文本顯示器10上。感應線圈1將通過連接的電壓變送器4將感應電壓轉換成PLC控制系統(tǒng)5可以識別的標準電壓信號，三個位移傳感器(縱向位移傳感器6、橫向位移傳感器7、角位移傳感器 8)分別將三坐標移動機構9上X、Z、XOY方向上的位移信號送入PLC控制系統(tǒng)5的外部接口，經(jīng)顯示器10顯示在液晶屏上，電壓/頻率轉換計(V/FC) 11與PLC控制系統(tǒng)5的高速計數(shù)端口相連，測量磁場的頻率，在顯示器10上可以讀出待測磁場的瞬時頻率、場強和三坐標位移值。其中，X、Z如圖1、圖4中所示意，Y垂直于XOZ平面。所述的線圈材料為細銅線，均勻繞在線圈骨架上，依據(jù)測量磁場的大小，繞制層數(shù)為1-6層，構成線圈微分環(huán)，磁場越大，層數(shù)越小。線圈結構尺寸關系為線圈所繞制的磁路長度L/線圈直徑D (包括絕緣層)=0. 866。所述的線圈骨架采用溫度系數(shù)小、較為容易加工的聚氯乙烯為材料，線圈骨架一段固定，另一端連接感應線圈伸入磁場空間內，保持架在校準探頭垂直度時使用，檢測時可卸下。如圖3所示意，所述的線圈骨架2 —端固定在連接桿15上，另一端連接感應線圈1， 感應線圈1上有探頭12，探頭12的下端連接保持架13。所述電壓變送器的作用在于將線圈微分環(huán)上的感應電壓轉換成PLC可以處理的標準電壓信號。電壓變送器輸入輸出量均選擇雙極性電壓信號。所述的三坐標機構運動方式為柱坐標運動，動力由連接在固定端上的電機提供， 連接桿15與X方向的固定桿14相連，感應線圈1 (探頭)則用緊固件固定在連接桿15上。 X、Z平面為直線往復運動，XOY方向為單向旋轉運動，X、Z方向的運動均采用繼電器控制方式進行，通過正/反轉繼電器的吸合控制坐標軸上的往復直線運動，位移傳感器用卡箍固定在滑塊上，實時檢測探頭在X、Z方向上的位移；在旋轉座上連接有角位移傳感器，實時檢測探頭在XOY平面上的旋轉角度。測量裝置的三坐標移動機構如圖4所示意，在該機構上除了安裝有縱向位移傳感器6、橫向位移傳感器7、角位移傳感器8、固定桿14外，還安裝有導向塊16、旋轉軸17、固定端18、導軌19、電機20、底座21、旋轉座22。所述的縱、橫向位移傳感器位移最大測量范圍X、Z方向為500mm，線性度不大于 0.30%;角位移傳感器8在XOY方向測量范圍為0-360°，分辨率0.5°。所述的PLC控制系統(tǒng)采用西門子CPU2M，帶有模擬量模塊EM235，模擬量的信號分辨率可達到0.25ms。作用有一、從電壓變送器讀取線圈的瞬時電壓值，并對感應電動勢進行積分計算，得出實時磁場強度值及波形參數(shù)值，完成數(shù)據(jù)的處理；二、利用PLC的高速計數(shù)端口，對磁場的頻率進行測量；三、采集來自三個位移傳感器的電信號，經(jīng)PLC內部CPU處理后，通過文本顯示器顯示出線圈的三維坐標值。
權利要求
1.一種三維脈沖磁場測量裝置，其特征在于電磁感應線圈(1)與線圈骨架(2)相連、 取樣電阻(3)與電磁感應線圈(1)并聯(lián)，在取樣電阻(3)與PLC控制系統(tǒng)(5)之間分別連接頻率變送器(11)、電壓變送器(4)，PLC控制系統(tǒng)(5)與顯示器(10)連接；PLC控制系統(tǒng)(5) 還分別與縱向位移傳感器(6)、橫向位移傳感器(7)、角位移傳感器(8)連接，縱向位移傳感器(6)、橫向位移傳感器(7)、角位移傳感器(8)分別安裝在三坐標移動機構(9)上；線圈骨架(2)安裝在連接桿(15)上，連接桿(15)與三坐標移動機構(9)的固定桿(14)相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的三維脈沖磁場測量裝置，其特征在于所述的電磁感應線圈 (1)材料為細銅線，均勻繞在線圈骨架上，繞制層數(shù)為1-6層。
3.根據(jù)權利要求2所述的三維脈沖磁場測量裝置，其特征在于所述的電磁感應線圈 (1)所繞制的磁路長度L/線圈直徑D=O. 866。
4.根據(jù)權利要求1所述的三維脈沖磁場測量裝置，其特征在于所述的線圈骨架(2)采用聚氯乙烯制作。
5.根據(jù)權利要求1所述的三維脈沖磁場測量裝置，其特征在于所述的三坐標移動機構(9)與電機連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的三維脈沖磁場測量裝置，其特征在于電磁感應線圈(1)為可調式。
7.根據(jù)權利要求1所述的三維脈沖磁場測量裝置，其特征在于在三坐標移動機構(9) 上還安裝有導向塊(16)、旋轉軸(17)、固定端(18)、導軌(19)、電機(20)、底座(21)、旋轉座(22)。
8.根據(jù)權利要求1所述的三維脈沖磁場測量裝置，其特征在于所述的縱向位移傳感器(6)、橫向位移傳感器(7)的位移最大測量范圍X、Z方向為500mm，線性度不大于0. 30% ； 角位移傳感器(8)在XOY方向測量范圍為0-360°，分辨率0.5°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三維脈沖磁場測量裝置，電磁感應線圈(1)與線圈骨架(2)相連、取樣電阻(3)與電磁感應線圈(1)并聯(lián)，在取樣電阻(3)與PLC控制系統(tǒng)(5)之間分別連接頻率變送器(11)、電壓變送器(4)，PLC控制系統(tǒng)(5)與顯示器(10)連接；PLC控制系統(tǒng)(5)還分別與縱向位移傳感器(6)、橫向位移傳感器(7)、角位移傳感器(8)連接，縱向位移傳感器(6)、橫向位移傳感器(7)、角位移傳感器(8)分別安裝在三坐標移動機構(9)上；線圈骨架(2)安裝在連接桿(15)上，連接桿(15)與三坐標移動機構(9)的X方向固定桿(14)相連。本發(fā)明能對梯度變化較大的磁場進行測量，且具有良好的適用性。
文檔編號G01R33/10GK102353914SQ20111018965
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權日2011年7月7日
發(fā)明者楊綠, 田豐果, 胡鵬飛, 邱望標 申請人:貴州大學