磁場強度檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種磁場強度檢測裝置，所述磁場強度檢測裝置包括霍爾傳感電路、放大器、位移傳感器、LED點陣，所述霍爾傳感電路包括霍爾器件和直流電源。本實用新型采用霍爾器件來測量磁場，在給霍爾器件通以恒定電流時，它在磁場中會感應出霍爾電壓，霍爾電壓的高低與霍爾器件所在處的磁場強度成正比。在本實用新型中通過將霍爾電壓放大來驅動LED點陣，以將測量的結果顯示出來，由于驅動電壓不同，LED發(fā)光效果不同，可以用直觀的LED點陣的不同發(fā)光效果來指示當前磁場強弱大小。另外，也可以通過顯示屏直接將測得的磁場強度直接輸出。這樣既可以實時顯示磁場的分布規(guī)律，又可以準確顯示所測空間某一點磁場強度的大小。
【專利說明】磁場強度檢測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及磁場強度檢測領域，具體涉及一種利用霍爾傳感電路對磁場強度進行檢測的裝置。
【背景技術】
[0002]亥姆霍茲線圈是用兩個半徑和匝數(shù)完全相同的線圈，將其同軸排列并令間距等于半徑，串接而成的線圈。用它可以產生極微弱的磁場直至數(shù)百Gs的磁場，可用于地球磁場的抵消補償、檢測永磁體特性等。將兩個線圈通以同向電流時，磁場疊加增強，并在一定區(qū)域形成近似均勻的磁場；通以反向電流時，則疊加使磁場減弱，以至出現(xiàn)磁場為零的區(qū)域。
[0003]不過，在使用亥姆霍茲線圈時，往往要首先確定亥姆霍茲線圈所產生的磁場的分布。亥姆霍茲線圈所產生的磁場在一定范圍內具有一定均勻性，且產生的磁場具有一定的可調性，同時在不通電的情況下不會產生環(huán)境磁場。測量亥姆霍茲線圈磁場的傳統(tǒng)方法一般是使用探測線圈配以指針式交流電壓表來測量其所產生磁場的磁感應強度。這種方法準確度不高不能精確表示磁場強度，并且不能實時顯示亥姆霍茲線圈磁場分布的規(guī)律。
實用新型內容
[0004]針對以往測量磁場的方法和裝置存在的缺陷，S卩，對于磁場強度測量的準確性不強，顯示方法不直觀，本實用新型提供一種改進型的磁場強度檢測方法和裝置。本實用新型的磁場強度檢測裝置主要用來測量亥姆霍茲線圈所產生的磁場。
[0005]在本實用新型中采用霍爾傳感電路，在霍爾傳感電路中包括霍爾器件。本實用新型采用霍爾器件來測量亥姆霍茲線圈所產生的磁場。在給霍爾器件通以恒定電流時，它在磁場中會感應出霍爾電壓，霍爾電壓的高低與霍爾器件所在處的磁場強度成正比，因而可以用霍爾器件測量磁場。
[0006]在測量過程中利用處理器(例如，單片機)或放大濾波電路來處理由霍爾傳感電路所采集的數(shù)據(jù)，即，電壓信號。然后，利用所得到的電壓信號來驅動對應的LED。由于驅動電壓不同，LED發(fā)光效果不同，可以用直觀的LED點陣的不同發(fā)光效果來指示當前磁場強弱大小。這樣既可以實時顯示多個亥姆霍茲線圈磁場的分布規(guī)律，又可以準確顯示所測空間某一點磁感應強度的大小。
[0007]具體而言，本實用新型提供了一種磁場強度檢測裝置，其特征在于，所述磁場強度檢測裝置包括霍爾傳感電路、放大器、位移傳感器、LED點陣，所述霍爾傳感電路包括霍爾器件和直流電源，
[0008]所述直流電源在所述霍爾器件的第一輸入端和第二輸入端施加恒定電壓，使得所述霍爾器件的第一輸入端和第二輸入端之間流過恒定電流；
[0009]所述霍爾器件置于待測磁場中，并且在所述待測磁場的作用下產生與所述待測磁場在所述霍爾器件位置處的磁場強度成正比的電壓信號；
[0010]所述放大器接收所述霍爾器件產生的電壓信號并且對所述電壓信號進行放大；[0011]所述位移傳感器檢測所述霍爾器件在所述磁場中的位置并且根據(jù)所述霍爾器件所處的位置將經放大的所述電壓信號輸出給所述LED點陣中的對應LED，用以驅動該對應LED發(fā)光；
[0012]所述霍爾器件的第一輸出端還連接至所述放大器的正輸入端，所述放大器的負輸入端經電阻Rl接地；
[0013]所述放大器的輸出端經電阻R2連接至所述LED點陣中的對應LED，所述霍爾器件輸出的正電壓經所述放大器放大后，經由電阻R2加在所述LED的正極，為所述LED供電，所述LED的負極經電容C接地。
[0014]優(yōu)選地，所述磁場強度檢測裝置還包括信號緩存裝置，所述信號緩存裝置存儲在各個位置處測得的經放大的所述電壓信號。
[0015]優(yōu)選地，所述磁場強度檢測裝置還包括異常校正電路，所述異常校正電路檢測在后一位置處所檢測到的電壓信號與前一位置處所檢測到的電壓信號之間的差值是否超過預定閾值，如果超過預定閾值，則所述異常校正電路對在后一位置處所檢測到的電壓信號進行校正。
[0016]優(yōu)選地，所述磁場強度檢測裝置還包括處理器，所述處理器將所測得的電壓信號進行模數(shù)轉換并存儲在所述信號緩存裝置中，并且所述處理器逐對地將相鄰位置處所測得的電壓信號讀取出來，然后對所讀取出來的每對信號中的異常信號進行校正。
[0017]優(yōu)選地，所述磁場強度檢測裝置還包括切換電路，用于根據(jù)位置傳感器所檢測到的所述霍爾器件所處位置，來將所述霍爾器件在該位置處所輸出的經放大的電壓信號輸出到與該位置所對應的LED，從而實現(xiàn)所述霍爾器件所處位置與LED點陣中的對應LED之間的關聯(lián)。
[0018]優(yōu)選地，還包括另一數(shù)字顯示屏，所述處理器根據(jù)所述霍爾器件的性質將所測得的電壓信號轉換成對應的磁場強度數(shù)值，并且輸出給數(shù)字顯示屏，從而顯示所測的磁場強度數(shù)值。
[0019]本實用新型裝置中的顯示屏可以采用LED點陣，也可以采用其他顯示裝置。若采用LED點陣，則LED點陣中不同LED的發(fā)光強度將反映出不同位置處磁場的強度，它的變化規(guī)律與所在位置處磁場的變化規(guī)律一致。如果采用其他電子顯示裝置，也可以直接顯示出不同位置處所測得的磁場的強度數(shù)值。本裝置結合亥姆霍茲線圈特點，采用多線圈分布，可以測量大范圍的磁場分布，因而在地球磁場勘探，地質勘探及磁場檢測等領域有著廣泛的應用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為根據(jù)本實用新型的一個實施例的霍爾傳感電路的原理示意圖；
[0021]圖2為根據(jù)本實用新型的一個實施例將磁場強度轉換成電壓用于驅動LED的電路；
[0022]圖3為LED點陣的示意圖；
[0023]圖4為根據(jù)本實用新型的磁場強度檢測裝置的示意圖；
[0024]圖5為磁場強度校正電路的示意圖?！揪唧w實施方式】
[0025]本實用新型的磁場強度檢測裝置采用霍爾器件對待測磁場進行逐點測量。本實用新型的磁場強度檢測裝置包括:霍爾傳感電路、放大器、位移傳感器、LED點陣。
[0026]如圖1所示，霍爾傳感電路包括直流電源(其具有輸出電壓Vin)以及霍爾器件2?；魻柶骷?的兩個輸入端分別與電源的正負極相連，或者經由限流電阻與電源的正負極相連。當霍爾傳感電路置于磁場中時，如圖1中的箭頭所示，設磁場方向從圖中左側指向右偵U。當電源以恒定電壓Vin施加在霍爾器件的兩個輸入端上時，霍爾器件中流過恒定電流Iin。根據(jù)霍爾器件的性質，霍爾器件兩側將產生一定的電壓，該電壓稱為霍爾電壓。通過霍爾器件兩側的接線端11和12，能夠測量出兩側的電壓差。將該電壓放大后，用于驅動LED點陣中的對應LED發(fā)光。
[0027]更具體而言，當本實用新型的霍爾器件置于磁場中的某一點時，霍爾傳感電路中的直流電源為霍爾器件提供恒定的電流，并且相應地從霍爾器件的兩個輸出端子接收其輸出電壓。然后，放大器(圖2中的A2)對該輸出電壓進行放大。
[0028]與此同時，位移傳感器確定霍爾器件在磁場中的位置，并將該位置信息輸出給放大電路或LED點陣、或者通過額外的緩存裝置存儲霍爾器件的位置信息以便后續(xù)將該位置信息與所測得的電壓信號關聯(lián)起來。
[0029]也就是說，通過位移傳感器將霍爾器件的每個位置與LED點陣中的每個位置相對應。這樣，霍爾器件置于磁場中的某一點時，位移傳感器確定霍爾器件在磁場中的位置，從而，將霍爾器件在該處所測得的電壓放大后輸出給LED點陣中的相應LED。這樣，霍爾器件在該處所測得的磁場強度將轉化為相應LED所發(fā)出光的亮度。也就是說，霍爾器件在每個位置處所測得的磁場強度與相應LED的發(fā)光亮度相對應。
[0030]如圖2所示，圖中的電路用于將磁場強度轉換成電壓進而接通LED。具體而言，霍爾器件的第一個輸入端經由電阻R連接至直流電源V的正極，霍爾器件的第二個輸入端連接至電源V的負極；霍爾器件的第一輸出端和第二輸出端分別連接至電阻&的兩端。電阻&兩端的電壓反映霍爾器件的兩個輸出端之間的電勢差。
[0031]放大器Al的非反轉輸入(正輸入端)接地(即接到OV上)，負輸入端連接至霍爾器件的第一輸入端。當Al正常工作時,正輸入端的輸入電壓為0V。放大器Al的輸出端連接至霍爾器件的第二輸出端。
[0032]霍爾器件的第一輸出端還連接至放大器A2的正輸入端，放大器A2的負輸入端經電阻Rl接地。電源V。。為放大器A2供電，放大器A2的輸出端經電阻R2連接至對應LED?；魻柶骷敵龅恼妷航浄糯蠛?，經由電阻R2加在LED的正極，為LED供電，LED的負極經電容c接地。
[0033]A2放大器為一個差動放大器,將霍爾器件的輸出端輸出的信號進行放大。經過A2差動放大器的放大作用，產生出一個經過放大的電壓信號，以這個電壓信號來驅動LED燈發(fā)光，由于產生的電壓信號為磁場強度轉化而來，所以不同的磁場強度所轉化來的電壓大小不同，對LED的驅動能力也不同。
[0034]圖2所示電路通過LED的亮度來顯示磁場強弱，直觀、方便，為首創(chuàng)電路。雖然圖2中僅畫出了一個LED，但是本領域技術人員應該理解，這僅僅是示意性的，圖2中所連接的也可以為LED點陣。[0035]另外，在圖2中所示電路與LED點陣之間可以添加切換電路，用于根據(jù)位置傳感器所檢測到的霍爾器件所處位置，來將霍爾器件所輸出電壓電壓信號連接到與該位置所對應的LED，從而實現(xiàn)霍爾器件所處位置與LED點陣中的對應LED之間的關聯(lián)。A2放大器的輸出端還可以連接到尋址電路以便通過尋址將在某一位置處所測得的電壓信號輸送到對應LED。
[0036]此外，本實用新型的磁場強度檢測裝置還可以確定并保存霍爾器件在各個位置處所輸出的電壓值，并且將所測得的數(shù)據(jù)送入LED點陣屏。隨后，LED點陣屏根據(jù)所對應電壓值的大小進行發(fā)光，得到磁場分布強弱圖形。
[0037]圖3為本實用新型的一個實施例中所采用的強度顯示LED點陣的原理示意圖，其中，左側為LED點陣的正面示意圖,右側為LED點陣中LED的連接示意圖。如圖2右側所示，通過LED的兩個對角處的坐標來確定對應LED是否發(fā)光。例如，當如果希望左上角的LED發(fā)光，則只需在坐標Tl、YO之間施加電壓即可。
[0038]當霍爾器件所處位置確定后，將圖2所示電路中A2放大器的輸出端連接到對應LED的陽極，例如通過交換機等。當有磁場強度轉化的電壓信號時LED得到驅動便發(fā)出光亮，光亮程度取決于磁場轉化成電壓的大小，電壓高的驅動能力強，LED發(fā)光強度大，電壓低的驅動能力弱，LED不發(fā)光，磁場為零的地方沒有發(fā)光點，當有磁場加入亥姆霍茲線圈時，圖二所示電路與圖三所示電路連接在一起作為磁場強度顯示裝置，可以根據(jù)LED的亮度不同而得到磁場的強弱度亮度發(fā)光帶。
[0039]由于雙線圈的測量范圍有限，本裝置由多線組成，即將采用彼此平行放置的多組線圈，可以測量的范圍更加廣泛，相當于多個亥姆霍茲線圈的組合效果。
[0040]在一個實施例中，測得的電壓信號通過信號放大器進行放大，放大后的信號傳送到A/D轉換電路中，A/D轉換電路將模擬信號轉換成數(shù)字信號送入MCU中，MCU對傳入的數(shù)字量進行運算處理，計算出相應的磁場值，顯示電路顯示出相應的LED發(fā)光帶。
[0041]圖4示出了本實用新型的一個實施例中的磁場強度檢測裝置的外部結構示意圖。圖中示出了產生待測磁場的待測線圈1、霍爾器件2、電流開關3、顯示開關4、電源開關5?；魻柶骷?可以在待測線圈I中相對移動，從而逐點對待測線圈I所產生的磁場進行測量。圖4中僅僅畫出了該磁場強度檢測裝置外部輪廓，具體電路部分設置在結構內部，并未畫出。
[0042]由于本實用新型主要針對亥姆霍茲線圈所產生的磁場進行測量，而亥姆霍茲磁場曲線為連續(xù)型曲線，且曲率很小，所以，在一個實施例中，磁場強度檢測裝置還可以包括異常校正電路，該異常校正電路檢測在后一位置處所檢測到的電壓信號與前一位置處所檢測到的電壓信號之間的差值是否超過預定閾值，如果超過預定閾值，則所述異常校正電路對在后一位置處所檢測到的電壓信號進行校正。
[0043]具體而言，本實用新型可以通過緩存裝置將霍爾器件在不同位置處所測得的電壓信號(或該電壓信號經模數(shù)轉換后所得到的數(shù)字信號)緩存起來。稍后，磁場強度檢測裝置的處理器(或微處理器，即MCU)或其他處理電路可以逐對地將相鄰位置(對應于相鄰LED點陣)的信號讀取出來，然后采用異常校正電路對所讀取出來的沒對信號進行比較校正。
[0044]當LED點陣屏上兩相鄰LED所對應的電壓信號相差較大時可認為是存在誤差，需要進行校正。[0045]圖5為本實用新型設計出的一種校正電路的示意圖。Ul和U2分別代表相鄰兩個位置處所測得的電壓信號(或經放大的電壓信號)。如圖5所示，Ul輸入到比較器Al的負輸入端，Urh分別輸入放大器Al的正輸入端和放大器A2的負輸入端，U2輸入到放大器A2的正輸入端。放大器Al的輸出端連接單向二極管Dl,放大器A2的輸出端連接單向二極管D2。單向二極管Dl和D2的另一端連接在一起，并經Rl連接到放大器A3的負輸入端。Ul還輸入到放大器A3的正輸入端，U2還連接到PWM，而PWM連接到放大器A3的輸出端。放大器A3的輸出端經另一電阻連接到放大器A3的負輸入端。
[0046]設Ul電壓高于U2電壓，以高的電壓作為基準電壓當兩個電壓差值達到一定值時D2被截止，此時視U2所對應的磁場強度為無效磁場強度，需要進行校正，校正電壓大小可進行PWM占空比調節(jié)確定，一般情況下，調整為兩個電壓和的一半。
[0047]需要說明的是，本實用新型的附圖中的各個部件的形狀均是示意性的，不排除其與其真實形狀存在一定差異，附圖僅用于對本實用新型的原理進行說明，圖中所示部件的具體細節(jié)并非對實用新型內容的限定。
【權利要求】
1.一種磁場強度檢測裝置，其特征在于，所述磁場強度檢測裝置包括霍爾傳感電路、放大器、位移傳感器、LED點陣，所述霍爾傳感電路包括霍爾器件和直流電源， 所述直流電源在所述霍爾器件的第一輸入端和第二輸入端施加恒定電壓，使得所述霍爾器件的第一輸入端和第二輸入端之間流過恒定電流； 所述霍爾器件置于待測磁場中，并且在所述待測磁場的作用下產生與所述待測磁場在所述霍爾器件位置處的磁場強度成正比的電壓信號； 所述放大器接收所述霍爾器件產生的電壓信號并且對所述電壓信號進行放大； 所述位移傳感器檢測所述霍爾器件在所述磁場中的位置并且根據(jù)所述霍爾器件所處的位置將經放大的所述電壓信號輸出給所述LED點陣中的對應LED，用以驅動該對應LED發(fā)光; 所述霍爾器件的第一輸出端還連接至所述放大器的正輸入端，所述放大器的負輸入端經電阻Rl接地； 所述放大器的輸出端經電阻R2連接至所述LED點陣中的對應LED，所述霍爾器件輸出的正電壓經所述放大器放大后，經由電阻R2加在所述LED的正極，為所述LED供電，所述LED的負極經電容C接地。
2.如權利要求1所述的磁場強度檢測裝置，其特征在于，所述磁場強度檢測裝置還包括信號緩存裝置，所述信號緩存裝置存儲在各個位置處測得的經放大的所述電壓信號。
3.如權利要求2所述的磁場強度檢測裝置，其特征在于，所述磁場強度檢測裝置還包括異常校正電路，所述異常校正電路檢測在后一位置處所檢測到的電壓信號與前一位置處所檢測到的電壓信號之間的差值是否超過預定閾值，如果超過預定閾值，則所述異常校正電路對在后一位置處所檢測到的電壓信號進行校正。
4.如權利要求2所述的磁場強度檢測裝置，其特征在于，所述磁場強度檢測裝置還包括處理器，所述處理器將所測得的電壓信號進行模數(shù)轉換并存儲在所述信號緩存裝置中，并且所述處理器逐對地將相鄰位置處所測得的電壓信號讀取出來，然后對所讀取出來的每對信號中的異常信號進行校正。
5.如權利要求1所述的磁場強度檢測裝置，其特征在于，所述磁場強度檢測裝置還包括切換電路，用于根據(jù)位置傳感器所檢測到的所述霍爾器件所處位置，來將所述霍爾器件在該位置處所輸出的經放大的電壓信號輸出到與該位置所對應的LED，從而實現(xiàn)所述霍爾器件所處位置與LED點陣中的對應LED之間的關聯(lián)。
6.如權利要求4所述的磁場強度檢測裝置，其特征在于，還包括另一數(shù)字顯示屏，所述處理器根據(jù)所述霍爾器件的性質將所測得的電壓信號轉換成對應的磁場強度數(shù)值，并且輸出給數(shù)字顯示屏，從而顯示所測的磁場強度數(shù)值。
【文檔編號】G01R33/07GK203535203SQ201320656831
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權日:2013年10月23日
【發(fā)明者】蔡普申, 王啟銀, 武登峰, 閆君, 齊宏偉, 趙培峰, 趙銳, 任淑芳 申請人:國家電網(wǎng)公司, 山西省電力公司大同供電分公司