專利名稱：電磁感應(yīng)測(cè)速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是根據(jù)電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)的測(cè)量轉(zhuǎn)速和平動(dòng)(交通工具運(yùn)行)速度的裝置。
傳統(tǒng)的測(cè)量轉(zhuǎn)速的裝置有很多，例如，能給用戶提供一個(gè)與轉(zhuǎn)速成正比的電壓的測(cè)速發(fā)電機(jī)，還有光電計(jì)數(shù)器等等。汽車和火車的速度測(cè)量裝置是采用通過(guò)測(cè)量車輪的轉(zhuǎn)速并進(jìn)行換算的原理，結(jié)構(gòu)不夠簡(jiǎn)單，并且在應(yīng)用上有一定的局限性。船和飛機(jī)的速度測(cè)量就更困難，通常采用測(cè)量流體速度的方法來(lái)估計(jì)速度，很不準(zhǔn)確。
本發(fā)明的目的是提供一種電磁感應(yīng)式的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置和平動(dòng)速度測(cè)量裝置，使之適用范圍更廣，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，并能有效地應(yīng)用于船和飛機(jī)的速度測(cè)量。
本發(fā)明是運(yùn)用電磁感應(yīng)原理和運(yùn)流電流原理(即運(yùn)動(dòng)的帶電導(dǎo)體(運(yùn)流電流)與通常的傳導(dǎo)電流等價(jià)原理)發(fā)明的一種測(cè)量轉(zhuǎn)速和平動(dòng)速度的裝置，其特征是在金屬極板上施加交流電壓，使極板產(chǎn)生極性交變的靜電荷，當(dāng)極板帶動(dòng)靜電荷運(yùn)動(dòng)時(shí)就產(chǎn)生了交變的運(yùn)流電流，從而產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，其磁通通過(guò)軟磁體定向傳導(dǎo)而穿過(guò)感應(yīng)線圈，使感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。運(yùn)動(dòng)速度與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成正比，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來(lái)測(cè)量速度。
測(cè)量轉(zhuǎn)速的裝置，我們先從分析有名的運(yùn)流電流原理入手。圖1中，金屬圓盤極板1中間夾橡膠圓盤2，直流電源通過(guò)電刷3使極板帶電荷，旋轉(zhuǎn)起來(lái)后，形成運(yùn)流電流，與圖2靜止裝置的傳導(dǎo)電流等價(jià)。(圖2中，電源6通過(guò)上下極板以及導(dǎo)線5構(gòu)成回路，形成環(huán)形傳導(dǎo)電流。)圖3是本發(fā)明的一個(gè)測(cè)轉(zhuǎn)速裝置原理圖，極板1中間夾一個(gè)軟磁鐵氧體圓盤2，再給兩極板施加一個(gè)交變電壓9，在上下極板中產(chǎn)生極性交變的靜電荷。當(dāng)裝置不旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸3中沒(méi)有磁通，線圈7中不會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)，極板中的交變靜電荷隨著極板圓盤的旋轉(zhuǎn)而形成旋轉(zhuǎn)的環(huán)形交變運(yùn)流電流，必然在軸3中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，并在線圈7中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使電壓表8顯示電壓。當(dāng)交變電壓源9的電壓值固定時(shí)，線圈7輸出的電壓大小與極板轉(zhuǎn)速成正比。值得注意的是，線圈7不論是固定于地面還是固定于轉(zhuǎn)軸，都能產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，要強(qiáng)調(diào)的是，線圈7隨著帶電圓盤1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，雖然它們兩者是相對(duì)靜止的，但仍就會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，這說(shuō)明應(yīng)該深入討論相對(duì)性原理，采用相對(duì)優(yōu)勢(shì)參照系的物理概念能更好地解釋該物理現(xiàn)象。如果進(jìn)一步將鐵氧體圓盤做成圖6形狀，并在軟磁鐵氧體圓盤的邊緣上裝置一組線圈13，線圈13會(huì)和線圈7一樣感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，圖6是該結(jié)構(gòu)軟磁鐵氧體圓盤垂直于軸向的剖面圖。再進(jìn)一步，將圓盤放大到足夠值，邊緣以及線圈13近似于作直線運(yùn)動(dòng)，這就說(shuō)明直線運(yùn)動(dòng)的帶電平板電容器上的線圈也會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。
平動(dòng)速度的測(cè)量裝置，我們先解釋本發(fā)明的原理。圖7描述在火車上平行于地面放置一個(gè)平板電容器的情形，兩極板帶等量異號(hào)的電荷，當(dāng)火車運(yùn)行時(shí)，帶電板就相對(duì)于站臺(tái)形成運(yùn)流電流，也就相對(duì)于站臺(tái)產(chǎn)生了磁場(chǎng)F。當(dāng)我們?cè)谡九_(tái)放置一塊磁鐵，磁鐵就會(huì)與磁場(chǎng)F產(chǎn)生磁力作用f，(因等量的正負(fù)電荷產(chǎn)生的正負(fù)運(yùn)流電流相等，從而在磁鐵下產(chǎn)生的洛淪茲力剛好互相抵消，所以不考慮洛淪茲力)；現(xiàn)在的問(wèn)題是跟隨電容器一道運(yùn)動(dòng)的乘客會(huì)認(rèn)可磁場(chǎng)F和磁力f存在嗎？根據(jù)相對(duì)性原理，由于觀察者與電容器及其靜電荷相對(duì)靜止，他應(yīng)該認(rèn)為電容器沒(méi)有磁場(chǎng)F。但是，無(wú)論是根據(jù)伽利略變換還是相對(duì)論變換，只要站臺(tái)認(rèn)可磁力f的存在，火車慣性系也必定認(rèn)可磁力f存在，觀察者既然認(rèn)可磁力f存在，也就無(wú)法否認(rèn)電容器產(chǎn)生了磁場(chǎng)F。根據(jù)以上原理，本發(fā)明的平動(dòng)速度測(cè)量裝置采用圖8的結(jié)構(gòu)。對(duì)兩極板1施加交流電壓9，當(dāng)按照箭頭18的方向(垂直進(jìn)入紙面)運(yùn)動(dòng)時(shí)，極板形成交變運(yùn)流電流，使極板中間產(chǎn)生感生磁場(chǎng)。極板中間的軟磁鐵氧體隔板15從兩磁極延伸出來(lái)并通過(guò)磁導(dǎo)體16形成磁回路，使交變磁通10穿過(guò)線圈17而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。
作為一種對(duì)稱的分析，我們?cè)賹⑸鲜銎桨咫娙萜黛o止于站臺(tái)，火車上的磁鐵會(huì)不會(huì)對(duì)該電容器產(chǎn)生磁力呢？事實(shí)上，因?yàn)檎九_(tái)上不會(huì)測(cè)出該電容器產(chǎn)生磁場(chǎng)，所以不會(huì)測(cè)出電容器受到磁力；而根據(jù)伽利略變換，火車上的觀察者也不會(huì)認(rèn)可電容器受到磁力，也就不會(huì)認(rèn)為電容器產(chǎn)生了磁場(chǎng)。
圖8裝置的實(shí)驗(yàn)果是，火車行駛時(shí)電容器產(chǎn)生磁場(chǎng)，線圈17產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)；火車靜止時(shí)，電容器不產(chǎn)生磁場(chǎng)，線圈17不產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。即判斷靜電荷是否產(chǎn)生磁場(chǎng)，完全取決于靜電荷相對(duì)于地球參照系是否運(yùn)動(dòng)，相對(duì)性原理應(yīng)作進(jìn)一步研究。這還說(shuō)明雖然地球和火車都是慣性系，但是兩者并不等價(jià)。對(duì)火車而言，地球是一個(gè)相對(duì)優(yōu)勢(shì)參照系。
綜上所述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征是無(wú)論是單極板還是成對(duì)極板，無(wú)論極板是何形狀，都是對(duì)極板施加交變電壓，以求獲得交變的運(yùn)流電流和交變的磁場(chǎng)。另一特征是用軟磁絕緣材料如軟磁鐵氧體將極板中間所產(chǎn)生的磁通定向傳導(dǎo)并穿過(guò)感應(yīng)線圈。
為了使本發(fā)明的原理更容易理解，雖然與專利權(quán)沒(méi)有直接的關(guān)系，但是我們還是簡(jiǎn)要地對(duì)本發(fā)明所使用到的相對(duì)優(yōu)勢(shì)參照系的物理概念作出解釋。
相對(duì)優(yōu)勢(shì)參照系就是由萬(wàn)有引力場(chǎng)(或電磁力、強(qiáng)力和弱力)占統(tǒng)治地位的物體所確定的參照系。相對(duì)優(yōu)勢(shì)參照系中所有物理定律符合各向同性以及光速不變的規(guī)律。從宏觀的天體看來(lái)，引力場(chǎng)占統(tǒng)治地位的參照系稱為相對(duì)優(yōu)勢(shì)參照系，在地球范圍內(nèi)，地球的引力場(chǎng)占主導(dǎo)地位，所以地球?yàn)閮?yōu)勢(shì)參照系。同理，在太陽(yáng)引力場(chǎng)占統(tǒng)治地位的區(qū)域內(nèi)太陽(yáng)系為相對(duì)優(yōu)勢(shì)參照系，等等。在原子領(lǐng)域，原子核所確定的參照系為相對(duì)優(yōu)勢(shì)參照系。下面三自然段是本發(fā)明所采用原理的簡(jiǎn)要補(bǔ)充說(shuō)明。
重力加速度與升降機(jī)所產(chǎn)生的慣性加速度不等價(jià)。我們?cè)贏、B兩臺(tái)逆向加速的升降機(jī)中各放置一個(gè)帶靜電的球，由于A或B都看到對(duì)方有逆向慣性加速度，所以都將會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)方的靜電球發(fā)出電磁波。與此對(duì)應(yīng)，令C、D兩人各持一靜電球分別站于地球?qū)γ妫珻或D都看到對(duì)方有逆向重力加速度，卻不會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)方的靜電球發(fā)出電磁波。
將時(shí)鐘A置于地球自轉(zhuǎn)極軸位置，時(shí)鐘B置于赤道，并使兩只時(shí)鐘所處的溫度、重力等條件相等。令觀察者處于時(shí)鐘A的位置，那么，他以地球?yàn)閰⒄障捣治?，兩處時(shí)鐘是相對(duì)靜止的，因而沒(méi)有時(shí)間膨脹的問(wèn)題，將它們移到一起時(shí)還是同步；但是，以太陽(yáng)系作為參照系分析，赤道處的時(shí)鐘B在相對(duì)于極軸處的時(shí)鐘A轉(zhuǎn)動(dòng)，有時(shí)間膨脹的問(wèn)題，將它們移到一起時(shí)不會(huì)同步。這就是說(shuō)，時(shí)鐘A、B是否同步，取決于觀察者愿意采用哪個(gè)參照系。由以上時(shí)間的錯(cuò)誤還可以得出一個(gè)推論質(zhì)能關(guān)系在粒子加速時(shí)正確，減速時(shí)不正確。
對(duì)一個(gè)光爆，假設(shè)站臺(tái)參照系看到其波陣面是以光爆點(diǎn)O為中心的同心圓球面，該波陣面對(duì)高速火車參照系而言看到的也是圓球面，不過(guò)光爆點(diǎn)O′不在球心，而是一個(gè)偏心圓球面，根據(jù)相對(duì)論的觀點(diǎn)，因?yàn)楣馑俨蛔?，所以站臺(tái)系看到同心圓球面就認(rèn)為光波從光爆點(diǎn)O到該球面各點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間相同，而火車系看到偏心圓球面就意味著認(rèn)為光波從光爆點(diǎn)O′到該球面各點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間不同。但是如果假定在站臺(tái)系中該圓球面前后剛好都為一個(gè)波長(zhǎng)，那么火車系的觀察者也會(huì)認(rèn)可在火車系中該圓球面前后剛好都為一個(gè)波長(zhǎng)，由于他距該圓球面前后長(zhǎng)度不相等，他必發(fā)現(xiàn)該光爆在他自己的參照系中的波長(zhǎng)在前后方向不相等。這顯然與相對(duì)性原理不相容。
所以，上述的相對(duì)優(yōu)勢(shì)參照系同電磁感應(yīng)原理和運(yùn)動(dòng)的帶電導(dǎo)體(羅蘭德運(yùn)流電流)與通常的傳導(dǎo)電流等價(jià)原理一樣，也是本發(fā)明的理論基礎(chǔ)。
說(shuō)明書


。圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖8共7個(gè)附圖中，標(biāo)號(hào)全部統(tǒng)一。1-圓形上下極板，2-圓形軟磁鐵氧體或橡膠隔板，3-導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸，4-電刷，5-上下極板的連接導(dǎo)線，6-直流電源，7-軸磁通感應(yīng)線圈，8-電壓指示器，9-交流電源，10-磁力線，11-用于減小磁阻的圓形磁導(dǎo)體，12-用于減小磁阻的圓形軟磁鐵氧體，13-邊緣感應(yīng)線圈，14-上下矩形極板，15-矩形軟磁鐵氧體隔板，16-磁導(dǎo)體，17-感應(yīng)線圈，18-箭頭(運(yùn)動(dòng)方向垂直指向紙面)，圖7僅一對(duì)帶電極板，沒(méi)標(biāo)號(hào)。
實(shí)施例圖3是本發(fā)明的一個(gè)測(cè)轉(zhuǎn)速裝置，極板1中間夾一個(gè)軟磁鐵氧體圓盤2，再給兩極板施加一個(gè)交變電壓9。當(dāng)裝置不旋轉(zhuǎn)時(shí)沒(méi)有等效電流，軸3中沒(méi)有磁通，線圈7中不會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)，極板中的交變靜電荷隨著極板圓盤的旋轉(zhuǎn)而形成旋轉(zhuǎn)的環(huán)形交變運(yùn)流電流，必然在軸3中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)然會(huì)在線圈7中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)交變電壓9固定時(shí)，線圈7輸出的電壓大小與極板轉(zhuǎn)速成正比。
圖5是高性能的測(cè)量轉(zhuǎn)速裝置。上下軸都配備有感應(yīng)線圈，并且采用圓形磁導(dǎo)體11和軟磁鐵氧體圓盤12用于減小磁路中空氣距離，減小磁阻以加強(qiáng)線圈的電磁感應(yīng)效果。磁力線10通過(guò)軟磁鐵氧體圓盤2、軟磁鐵氧體圓盤12，導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸7、導(dǎo)磁圓盤11以及外部空間形成磁回路，導(dǎo)磁圓盤11以及軟磁鐵氧體圓盤12向的作用是減小磁阻，兩者盡量靠近。
圖8是平動(dòng)速度測(cè)量裝置。對(duì)兩極板1施加交流電壓9，當(dāng)按照箭頭1 8的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，極板形成運(yùn)流電流，使極板中間產(chǎn)生感生磁場(chǎng)。極板中間的軟磁鐵氧體隔板15從兩磁極延伸出來(lái)并通過(guò)磁導(dǎo)體16形成磁回路，使交變磁通10穿過(guò)線圈17而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是一種測(cè)量轉(zhuǎn)速和平動(dòng)速度的裝置，采用的是電磁感應(yīng)原理和運(yùn)動(dòng)的帶電導(dǎo)體(羅蘭德運(yùn)流電流)與通常的傳導(dǎo)電流等價(jià)原理。本發(fā)明的特征是在金屬極板上施加交流電壓，使極板產(chǎn)生極性交變的靜電荷，當(dāng)極板帶動(dòng)靜電荷運(yùn)動(dòng)時(shí)就產(chǎn)生了交變的運(yùn)流電流，從而產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，其磁通通過(guò)軟磁體定向傳導(dǎo)而穿過(guò)感應(yīng)線圈，使感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。運(yùn)動(dòng)速度與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成正比，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來(lái)測(cè)量速度。圖3是本發(fā)明的一個(gè)測(cè)轉(zhuǎn)速裝置原理圖，極板1中間夾一個(gè)軟磁鐵氧體圓盤2，再給兩極板施加一個(gè)交變電壓9，在上下極板中產(chǎn)生極性交變的靜電荷。當(dāng)裝置不旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸3中沒(méi)有磁通，線圈7中不會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)，極板中的交變靜電荷隨著極板圓盤的旋轉(zhuǎn)而形成旋轉(zhuǎn)的交變運(yùn)流電流，就相當(dāng)于給該裝置極板提供環(huán)繞的交變電流，必然在軸3中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)并在線圈7中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使電壓表8顯示電壓。當(dāng)交變電壓源9的電壓值固定時(shí)，線圈7輸出的電壓大小與極板轉(zhuǎn)速成正比。線圈7不論是固定于地面還是固定于轉(zhuǎn)軸，都能產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。本發(fā)明的平動(dòng)速度測(cè)量裝置采用圖8的結(jié)構(gòu)。對(duì)兩極板1施加交流電壓9，當(dāng)按照箭頭18的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，極板形成運(yùn)流電流，使其中間產(chǎn)生感生磁場(chǎng)。極板中間的軟磁鐵氧體隔板15從兩磁極延伸出來(lái)并通過(guò)磁導(dǎo)體16形成磁回路，使交變磁通10穿過(guò)線圈17而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)速裝置，其進(jìn)一步的特征是極板可以是單層、多層和各種形狀，都是對(duì)極板施加交變電壓，以求獲得交變的運(yùn)流電流和交變的磁場(chǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)速裝置，其進(jìn)一步的特征是用軟磁絕緣材料如軟磁鐵氧體將極板中間所產(chǎn)生的磁通定向傳導(dǎo)并穿過(guò)感應(yīng)線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)速裝置，其進(jìn)一步的特征是采用圖3的測(cè)轉(zhuǎn)速裝置，極板1中間夾一個(gè)軟磁鐵氧體圓盤2，再給兩極板施加一個(gè)交變電壓9。當(dāng)裝置不旋轉(zhuǎn)時(shí)沒(méi)有等效電流，軸3中沒(méi)有磁通，線圈7中不會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)，極板中的交變靜電荷隨著極板圓盤的旋轉(zhuǎn)而形成旋轉(zhuǎn)的運(yùn)流電流，就相當(dāng)于給該裝置極板提供環(huán)繞的交變電流，必然在軸3中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)并會(huì)在線圈7中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)交變電壓9固定時(shí)，線圈7輸出的電壓大小與極板轉(zhuǎn)速成正比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)速裝置，其進(jìn)一步的特征是采用圖5的測(cè)量轉(zhuǎn)速裝置。上下軸都配備有感應(yīng)線圈，并且采用圓碟形磁導(dǎo)體11和軟磁鐵氧體圓盤12，用于減小磁路中空氣距離，減小磁阻以加強(qiáng)線圈的電磁感應(yīng)效果。磁力線10通過(guò)軟磁鐵氧體圓盤2、軟磁鐵氧體圓盤12，導(dǎo)磁體轉(zhuǎn)軸7、導(dǎo)磁體圓盤11以及外部空間形成磁回路，導(dǎo)磁體圓盤11以及軟磁鐵氧體圓盤12向的作用是減小磁阻，兩者盡量靠近。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)速裝置，其進(jìn)一步的特征是采用圖8的平動(dòng)速度測(cè)量裝置。對(duì)兩極板1施加交流電壓9，當(dāng)按照箭頭18的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，極板形成交變的運(yùn)流電流，使其中間產(chǎn)生感生磁場(chǎng)。極板中間的軟磁鐵氧體隔板15從兩磁極延伸出來(lái)并通過(guò)磁導(dǎo)體16形成磁回路，使交變磁通10穿過(guò)線圈17而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。
全文摘要
本發(fā)明是一種測(cè)量轉(zhuǎn)速和平動(dòng)速度的裝置,其特征是金屬極板1中間用軟磁鐵氧體隔開(kāi)并在金屬極板1上施加交流電壓9,使極板1產(chǎn)生極性交變的靜電荷,當(dāng)極板帶動(dòng)靜電荷運(yùn)動(dòng)時(shí)就產(chǎn)生了交變的運(yùn)流電流,從而產(chǎn)生交變磁場(chǎng),其磁通通過(guò)軟磁體導(dǎo)向而穿過(guò)感應(yīng)線圈8,使感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。運(yùn)動(dòng)速度與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成正比,從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來(lái)測(cè)量速度。
文檔編號(hào)G01P3/42GK1247316SQ9811261
公開(kāi)日2000年3月15日 申請(qǐng)日期1998年9月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月7日
發(fā)明者陳啟星 申請(qǐng)人:陳啟星