专利名称：一种磁场特性、磁敏元件综合实验仪器的制作方法
技术领域：
本发明属于仪器仪表领域，涉及一种综合性、开放性的磁场特性、磁敏感元件综合教学 实验仪器。
背景技术：
磁场是自然界的重要属性，也是物理学的重要分支。磁场检测与磁传感技术是现代磁学 的重要应用和发展方向。磁敏感功能材料、器件、磁电子技术凝聚着许多近代物理思想与基 础效应。开展对这些物理现象研究、分析、测试， 一方面可以探求磁场变化对于各种功能材 料内部载流子输运过程不同的相互作用，观察不同的材料结构、不同的薄膜及器件制备工艺 构成的不同的物理效应，另一方面揭示当代磁敏感技术的进展与人们研究该项技术的历程。
如何将科技前沿技术，物理思想明确、演示效果直观、基础教学与应用技术关联密切、 学习型与设计研究创新型内容有机结合，引入到大、中学基础物理实验、演示实验或专业实 验中，以最直观、最生动的方式揭示当代科技的前沿成果与基本物理原理结合的内在联系是 高等院校教学仪器创新的重大课题。而目前在国内外各高校的物理实验教学中，与磁检测技 术相关的基础实验几乎是空白，只有少数几种有关磁检测物理实验，但实验内容单一，可探 求知识点有限，基本处于按讲义操作的传统实验模式，综合性与研究性不强，急需内容新颖 与当代科技发展相适应全新理念的基础实验予以填充，弥补普通物理教学中磁场特性描述仅 仅停留在文字描述上的缺憾，促进教学内容、教学方式、学习与创新研究融为一体的实验环 节改观，具有广泛推广价值。 发明内容
本发明目的是设计研制一套磁场特性、磁路特性、磁敏感元件特性综合教学实验与演示 仪器。弥补普通物理教学中磁场特性描述仅仅停留在文字描述上的缺憾。
本发明的内容是开发一种磁场特性、磁敏元件综合教学实验仪器，教学仪器整体示意图 如图1所示。整个实验仪由主实验箱l、专用弱磁检测亥姆霍兹线圈检测台2、机箱仪表与操控 前面板7、主实验箱与弱磁检测亥姆霍兹线圈检测台信号联结侧面板8、仪表箱内线路板9组成。 主实验箱与专用弱磁检测亥姆霍兹线圈检测台之间用相应导线联接，实现主机箱l对弱磁检测 亥姆霍兹线圈检测台2的供电和检测信号的仪表显示。主实验箱包括电磁铁强磁场特性研究与 磁感应敏感元件特性研究部分如标号3所示和磁路特性研究两部分。磁路特性研究部分包括磁 集束特性研究部分4、 U型磁路特性研究部分5、 E型磁路特性研究部分6构成，电磁铁强磁场 特性感应敏感元件特性研究部分3、磁集束特性研究部分4、 U型磁路特性研究部分5、 E型磁 路特性研究部分6镶嵌在主实验箱1内、机箱仪表前面板7在主实验箱1下部、仪表箱内配线线路板9在机箱仪表前面板7左侧、信号联结侧面板8在主实验箱1左侧与专用弱磁检测亥姆霍兹
线圈检测台之间用相应导线联接。
电磁铁强磁场特性与磁敏感元件特性研究部分结构如图2-l，图2-2所示。具有l 20mm空 气间隙d的电磁铁铁心10，外面套有线圈ll，电磁铁和具有长度标尺的二维移动架12固定在实 验仪主实验箱l上部面板上，两者之间的距离在移动架上刻度尺量程范围内，能够使固定在二 维移动架12上的四端霍尔元件芯片13和半导体磁敏电阻芯片14可以测量到电磁铁铁心10的空 气间隙d的断面之间所有特征位置。转动旋纽16可以改变线路板15水平方向的移动距离，转动 旋纽17可以改变线路板15高度方向的移动距离。线路板15上固定焊有四端霍尔元件芯片13和 半导体磁敏电阻芯片14，引线18分别将四端霍尔元件芯片13和半导体磁敏电阻芯片14的联接 到实验仪上面板标有对应名称的插孔19相应位置，并引入仪表箱内部配线线路板9上。
磁集束研究部分4具体结构如图3-l、图3-2所示，包括线圈20、 21、 U型导磁材料芯22、接 线插头组23、带有标尺的二维可移动测量架24、转动旋纽25、 26、磁敏感元件27、线路板28、 接插接线柱29、 一对形状相同2个磁集束块30、圆形凹槽31。两个绕线匝数相同的线圈20、 21 分别安装在U型导磁材料芯22的两个立柱上，导线由接线插头组23接入仪表箱内配线线路板 9。制备不同截面积的磁集束块30，端面截面积可以从5%至!)300%，磁集束块30可以制成系列 样品，磁集束块下面被加工出具有与U型园柱顶端滑动配合圆形凹槽31，安放在一起可以保 证磁场磁路导通。带有标尺的二维可移动测量架24上固定焊有磁敏感元件27的线路板28。磁 敏感元件27电信号由接插接线柱29连入仪表箱内配线线路板9。分别转动旋纽25、 26，可以改 变磁敏感元件在集束磁路缝隙中的位置，测量出不同截面积的磁集束块30中的磁场特性。
U型磁路研究部分如图4所示，包括双层线圈32、 33、 U型磁性材料铁芯34、接线柱35、 36，固定架37、矩形磁性材料棒38、移动架39、移动架旋钮40、磁敏感元件41、样品架42、 插接接线柱43、测试支架44。 一组2个匝数相同双层线圈32、 33安装在U型磁性材料铁芯34两 侧，联接线由一组插接接线柱35、 36接入仪表箱内配线线路板9。 U型磁性材料铁芯34由固定 架37通过螺丝固定在实验仪上表面相应的位置。 一个矩形磁性材料棒38安装在带有标尺的一 维移动架39上，通过旋转移动架旋钮40可以调节矩形磁性材料棒38与U型磁性材料铁芯34之 间的距离。磁敏感元件41固定在样品架42前端位置并处于U型磁芯中心线等高位置，联接线 由插接接线柱43接入仪表箱内配线线路板9。带有与U型磁性材料铁芯34对应2个丌孔位置的 测试支架44由螺丝固定在实验仪上表面上。
E型磁路研究部分如图5所示，3个线圈45、 46、 47为一组，其中45、 47为匝数相同的单组 线圈套在E型磁性材料铁芯48两侧磁芯处，双层线圈46套在E型磁性材料铁芯48的中间磁芯柱 处。联接线由一组插接接线柱49、 50、 51接入仪表箱内配线线路板9。 E型磁性材料铁芯48由 固定架52通过螺丝固定在实验仪上表面相应的位置。 一个矩形磁性材料棒53安装在带有标尺 的一维移动架54上，通过旋转移动架旋钮55可以调节矩形磁性材料棒53与E型磁性材料铁芯48 之间的距离。磁敏感元件56固定在样品架57前端与E型磁芯中心线等高位置，联接线由插接接 线柱58接入实验仪内部接线板9。带有与E型磁性材料铁芯48对应开孔位置的测试支架59由螺 丝固定在实验仪上表面上。为了配合电磁学理论与实验的对应关系，加强对磁场分布特性进行研究，以及对于近代 弱磁高灵敏度磁敏感元件特性进行教学演示与实验研究，本发明还设计了专用弱磁检测亥姆 霍兹线圈检测台2，如图6所示。沿线圈框架60、 61直径方向以10 1000匝为一组绕制的内外两 层线圈62、 63，分别引出接线抽头64、 65，通过实验仪侧面亥姆霍兹线圈供电接线柱127与线 圈的接线方式不同，可以对不同直径的线圈、线圈正反接、线圈串并联等多种实验方式进行 探讨研究。直线滑轨66固定在底板67上。线圈框架60安装在固定块68上，并用螺钉固定在直 线滑轨66的一端(不可移动)。线圈框架61安装在固定块69上，固定块69用螺丝紧固在直线滑 轨66的滑块上，这样推动线圈框架61即可改变线圈框架61与60之间的距离，间距大小由固定 在底板67上的刻度尺70给出。
圆形测试架71的外径与线圈框架60内孔直径形成滑动配合，线圈框架60—端有一个内孔 相同的环形凸台73，紧固螺丝74可以固定圆形测试架71与线圈框架60的相对位置，其具体数 值可以由安装在圆形测试架71轴向外表面上的刻度尺72给出。在垂直于圆形测试架71轴向的 端面上，在中心位置加工一个轴向通孔75，孔径大小根据轴向测试尺81的外接园的尺寸决定， 形成滑动配合。同样可以根据所需测量的不同位置加工多个与轴向通孔75相同孔径的通孔， 例如图6中的76、 77所示。轴向测试尺81—端内置检测磁敏传感器82 (如霍尔器件、磁敏电阻 器件)，通过引线83与主实验箱1的侧端面检测传感器接线插孔129连接；测试尺81与圆形测试 架71的相对位置可以由固定在轴向测试尺81上的刻度尺84给出，这样可以实现对亥姆霍兹线 圈中心轴线磁场强度的测量。将轴向测试尺81换到非中心的其它通孔时，如孔76或77，可以 测到线圈框架60上缠绕的线圈62或线圈62与63的串联、并联、正反接等组合状态。通过联接 线路，本发明可以测量缠绕了线圈的线圈框架60与61构成的亥姆霍兹线圈(组)的多种组合 状态和轴向所需测量位置的磁场分布情况。在圆形测试架71的端面沿直径方向安装一个滑槽 85，在滑槽中部加工一个与测试架中心孔75相同的通孔，可以使轴向测试尺81穿过滑槽进行 中心轴向磁场测量。径向测量尺86， 一端内置检测磁敏传感器(如霍尔器件、磁敏电阻器件)， 可以沿着滑槽85移动，通过引线87与主实验箱1的侧端面检测传感器接线插孔129连接；径向 测量尺86与圆形测试架71的相对位置可以由固定在径向测量尺86上的刻度尺88给出，这样可 以实现对线圈62或线圈63以及它们的组合状态，或缠绕了线圈的线圈框架60与61构成的亥姆 霍兹线圈(组)直径方向磁场强度分布的测量。选择使用亥姆霍兹线圈测试时，应选择实验 仪侧面选择开关126置于"ON"的位置，不用时应放置于"OFF"的位置。
本发明实验仪的专用弱磁检测亥姆霍兹线圈检测台2，还设置了磁敏感元件实验样品台 89，它由转轴90、角度传感器91、转台底座92连接固定在亥姆霍兹线圈中心等高线的位置。 实验样品台89转动时，转轴90带动角度传感器91转动，通过引线93连接的实验样品台角度显 示表94，可以给出实验样品台与亥姆霍兹线圈给出磁场相对角度示数，角度传感器91为360 °线性传感器。角度显示表由引线95与主实验箱1侧面板128连接，得到供电驱动电源。96为 液晶显示器。转台底座92有一凹槽，可以安放在直线滑轨66上面，保证样品台与亥姆霍兹线 圈的同心度。
本发明设计研制的一套综合性、开放性的磁场特性与磁敏感元件特性综合教学演示实验仪器。其综合性体现在其实验内容与知识点的广泛性，可以为实验者提供进行磁场特性分析、 磁路特性分析、磁集束特性分析和多种磁敏感元件特性分析方面的学习型与研究型实验。综 合了磁路研究实验、霍尔效应实验、匝数可变的亥姆霍兹线圈产生的磁场分布特点的研究实 验、磁敏感元件在强弱磁场中的特性研究实验等。其开放性体现在本实验仪器将当代科学研 究的前沿技术转化为基础教学中的研究性实验。实验仪内容上综合了当代磁敏感元件在强弱 磁场中的基本特性研究，磁敏元件包括普通Hall元件、集成Hall元件、半导体磁敏电阻(SMR)、 金属各向异性磁敏电阻(AMR)、自旋阀巨磁电阻(GMR)、隧道结巨磁电阻(TMR)、磁阻 抗(MRI)等近代磁电子敏感元件；磁路特性研究实验，包括截面积对磁场强度与分布影响 的磁集束研究实验，U型磁路与E型磁路直流与交流特性研究，组合匝数亥姆霍兹线圈磁场分 布研究等一些涉及电磁场理论、功能磁敏感材料物理属性、敏感元件制备工艺、计算机对磁
场数据的分析与处理等多种交叉学科知识拓展点。
本发明的特点是在物理实验教学中可以借助本发明展开分层次的教学，实验可从基础实 验到综合实验，再到研究设计型实验。有利于满足不同层次学生的教学需求，提高同学们的 实验兴趣。打破了传统的教学模式。
本实验仪配合磁敏传感器教学演示实验仪(见专利申请号200710120357.3)构成系列 实验，从基本磁学理论与基础实验开始，结合磁敏感、磁电子、磁功能材料与器件、磁检测 与磁敏传感器技术，逐渐分层次地渐入当代科技前沿领域，以典型的工业应用磁传感器为背 景，整合实验装置，进行组合设计。本套实验仪器还具有开放型平台的效用，可以类比研究 其它不同工作原理的同类传感器或开发出新型磁敏传感器的特性，也可以开拓磁敏传感器新 的应用领域，具有研究创新平台的作用。
图l、本发明实验仪结构示意俯视图2-l 、电磁铁强磁场信号感应敏感元件特性研究部分结构示意主视图2-2、电磁铁强磁场信号感应敏感元件特性研究部分结构示意俯视电磁铁铁心IO、线圈ll、 二维移动架12、四端霍尔元件芯片13、半导体磁敏电阻芯片14、线
路板15、转动旋纽16、转动旋纽17、引线18、插孔19:
图3-l、磁集束研究部分结构主视示意图3-2、磁集束研究部分结构俯视示意包括线圈20、 21、 U型导磁材料芯22、接线插头组23、带有标尺的二维可移动测量架24、转 动旋纽25、 26、磁敏感元件27、线路板28、接插接线柱29、 一对形状相同2个磁集束块30、圆 形凹槽31。
图4、 U型磁路特性研究部分结构俯视示意双层线圈32、 33、 U型磁性材料铁芯34、接线柱35、 36，固定架37、矩形磁性材料棒38、移 动架39、移动架旋钮40、磁敏感元件41、样品架42、插接接线柱43、测试支架44。
包括双层线圈32、 33、 U型磁性材料铁芯34、接线柱35、 36，固定架37、矩形磁性材料棒38、 移动架39、移动架旋钮40、磁敏感元件41、样品架42、插接接线柱43、测试支架44。图5、 E型磁路特性研究部分结构俯视示意线圈45、 46、 47、 E型磁性材料铁芯48、插接接线柱49、 50、 51、固定架52、矩形磁性材料棒 53、带有标尺的一维移动架54、移动架旋钮55、磁敏感元件56、样品架57、插接接线柱58、 测试支架59。
图6、可移动多层亥姆霍兹线圈实验台结构线圈框架60、 61、线圈62、 63、接线抽头64、 65、直线滑轨66、底板67、固定块68、 69、刻
度尺70、圆形测试架71、刻度尺72、环行凸台73、紧固螺丝74、轴向通孔75、通孔76、 77、
滑槽78、径向测试尺79、刻度尺80、轴向测试尺81、刻度尺82、引线83、 84。
图7、敏感元件测量实验转台结构示意图8、实验仪前面板仪表与接线功能图9、实验仪侧面板仪表与接线功能图IO、实验仪内部电路板9工作原理示意图。
具体实施方式
本发明实验仪器前面板操作功能说明，如图8所示
97. 4档组合实验选择开关，通过旋转不同位置可以分别选择接通亥姆霍兹线圈、电磁铁、 交流磁路、直流磁路相关实验的电路系统；
98. 5位数字电压表用于敏感元件信号检出测量；
99. 检测电压显示表插孔；
100. 数字电流表(mA):用于测量通过敏感元件芯片工作电流；
101. 通过霍尔芯片或半导体磁敏电阻芯片电流调节旋纽；
102. 通过GMR巨磁电阻芯片电流调节旋纽；
103. 隧道结巨磁电阻切换开关；
104. 隧道结巨磁电阻通电电流调节旋纽；
105. 半导体磁敏电阻路端电压输出插孔；
106. 霍尔器件输出电压插孔；
107. 通过霍尔器件或半导体磁敏电阻的通电电流换向开关；
108. 霍尔器件或半导体磁敏电阻实验选择开关；
109. 通过霍尔器件或半导体磁敏电阻磁场方向切换开关；
110. 直流励磁供电电源输出插孔；
111. 直流励磁供电电源电压调节旋扭；
112. 直流励磁供电电源电流调节旋纽；
113. 交直流电流表
114. 交直流电压表
115. 交流3V供电电源输出插孔；
116. 交流6V供电电源输出插孔；
117. 磁路研究集成敏感元件芯片选择开关；118. 交直流电压表输入信号接插孔；
119. 测试敏感元件芯片调零旋纽；
120. 磁集束传感器检测信号输出接线插孔；
121. 磁集束研究线圈励磁信号插孔；
122. U型磁路研究传感器接线插孔；
123. U型磁路线圈接线插孔；
124. "E"型磁路研究传感器信号输出信号插孔；
125. "E"型磁路研究线圈励磁信号插孔； 选择开关97选择旋纽旋转至"直流磁路"位置，通过直流信号输出接线插孔110与磁集束线
圈接线插孔121不同联接方法，可以改变线圈20、 21串联或并联的方式，组合调整直流励磁供 电电源电压调节旋纽111和直流励磁供电电源旋钮110可以改变电磁铁产生的磁场强度。更换 不同磁集束块30，将磁集束传感器检测信号输出接线插孔120用导线接入交直流电压表114的 输入信号插孔118，分别调节旋纽25、 26，上下移动带有标尺的二维可移动测量架24，读出磁
敏感元件检出电压信号大小的变化来研究磁集束效应和磁场的分布特性。
选择实验选择开关97置于"直流磁路"位置，通过直流信号输出接线插孔110与U型磁路线 圈接线插孔123不同联接方法，可以改变双层线圈32、 33串联或并联的方式，组合调整直流励 磁供电电源电压调节旋纽111和直流励磁供电电源旋钮110可以改变电磁铁产生的磁场强度。 将通过机箱内接线的U型磁路研究传感器接线插孔122用导线接入交直流电压表114的交直流 电压表输入信号接插孔118，读出磁敏感元件检出电压信号变化来研究"U"磁路气隙中磁场强 度的变化。通过旋转移动架旋钮40调节U型铁芯与矩型铁芯之间的距离，利用磁敏感元件41 观察、研究、测试U型磁路特性。
选择旋纽97选择旋纽旋转至"直流磁路"位置，通过直流信号输出接线插孔110与E型磁路 线圈接线插孔125不同联接方法，可以改变双层线圈46和单绕组线圈45、47串联或并联的方式， 组合调整直流励磁供电电源电压调节旋纽111和电流调节旋钮110，可以改变电磁铁产生的磁 场强度。将通过机箱内接线的E型磁路研究传感器接线插孔125用导线接入交直流电压表114 的交直流电压表输入信号接插孔118，读出磁敏感元件检出电压信号变化来研究"E"磁路气隙 中磁场强度的变化。通过旋转移动架旋钮55调节"E"型铁芯与矩型铁芯之间的距离，利用磁 敏感元件56观察、研究、测试"E"型磁路特性。
实验选择开关97旋转至电磁铁位置，组合调整直流励磁供电电源电压调节旋纽110和电流 调节旋钮114可以改变电磁铁产生的磁场强度。将选择开关108搬至"SMR"位置，将接线插孔 105用导线与检测电压显示表插孔9邻关接，可以测量半导体磁敏电阻随外加磁场变化的规律； 改变芯片通电电流换向开关107，可以观察通电电流方向改变所对应的测试结果。改变励磁电 流换向开关109，可以观察到改变磁场方向所对应的测试结果。若将选择开关108搬至"Hall" 位置，将接线插孔106用导线与检测电压显示表插孔99联接，可以测量霍尔器件随外加磁场变 化的规律；改变芯片通电电流换向开关107，可以观察通电电流方向改变所对应的测试结果。 改变励磁电流换向开关109，可以观察到改变磁场方向所对应的测试结果。本实验仪内置线路板9可以对磁路研究实验提供直流电源，也可以提供交流电源，用以 产生恒定磁场或交变磁场，电路原理如图(9)所示。选择旋纽97置于"交流磁路"位置，实验 仪对三种磁路研究可以通过交流 3V插孔115与 6V插孔116分别对各组实验线圈提供交变励 磁电源。交流磁特性研究将需要配备示波器进行磁路与电磁感应等实验工作，探讨磁间隙对 磁场大小与磁路的关系、敏感元件磁灵敏度与响应频率的关系、激励交变磁场(主动线圈) 与感应线圈(从动线圈)强度与位相等重要物理效应。
实验仪侧面功能与亥姆霍兹线圈实验台联接如图9。
126. 亥姆霍兹线圈供电选择开关；
127. 亥姆霍兹线圈通电接线柱；
128. 样品测试旋转平台角度显示供电电源接线柱；
129. 亥姆霍兹线圈磁场特性研究传感器接线柱，红——+，黑——负，黄——输出。
130. TMR磁敏感元件检测供电电源插孔；
131. G服磁敏感元件检测供电电源插孔黄——"电源+"，兰——"电源—"，红——"检测输
出+"，黑——"检测输出一" 若实验中安排测量交变磁场特性，需要另配示波器，导线等。 本发明实验仪内部线路板9的原理示意图如图10所示。
实验仪整体外形如图l所示，实验箱长55cm、宽53cm,高17cm;亥姆霍兹线圈试验台 长42cm，宽36cm，底座高3cm;亥姆霍兹线圈外径2L6cm，内径llcm，线圈可移动距离 16cm;角度显示表长5.6cm，宽5.4cm，高2.5cm;样品台06X6.5cm。
权利要求1. 一种磁场特性、磁敏元件综合实验仪器，其特征是整个实验仪由主实验箱(1)、专用弱磁检测亥姆霍兹线圈检测台(2)、机箱仪表前面板(7)、信号联结侧面板(8)、仪表箱内配线线路板(9)组成；主实验箱(1)包括电磁铁强磁场特性感应敏感元件特性研究部分(3)和磁路特性研究两部分；磁路特性研究部分包括磁集束特性研究部分(4)、U型磁路特性研究部分(5)、E型磁路特性研究部分(6)；电磁铁强磁场特性感应敏感元件特性研究部分(3)、磁集束特性研究部分(4)、U型磁路特性研究部分(5)、E型磁路特性研究部分(6)镶嵌在主实验箱(1)内、机箱仪表前面板(7)在主实验箱(1)下部、仪表箱内配线线路板(9)在机箱仪表前面板(7)左侧、信号联结侧面板(8)在主实验箱(1)左侧与专用弱磁检测亥姆霍兹线圈检测台之间用相应导线联接。
2. 如权利要求l所述的一种磁场特性、磁敏元件综合实验仪器，其特征是电磁铁强磁场 特性与磁敏感元件特性研究部分结构包括具有l 20mm空气间隙d的电磁铁铁心(10)，外面套 有线圈(11)，电磁铁和具有长度标尺的二维移动架(12)固定在实验仪主实验箱(1)上部 面板上，两者之间的距离在移动架上刻度尺量程范围内，能够使固定在二维移动架(12)上 的四端霍尔元件芯片(13)和半导体磁敏电阻芯片(14)能测量到电磁铁铁心(10)的空气 间隙d断面的所有特征位置；转动旋纽(16)能改变线路板(15)水平方向的移动距离，转动 旋纽(17)能改变线路板(15)高度方向的移动距离；线路板(15)上固定焊有四端霍尔元 件芯片(13)和半导体磁敏电阻芯片(14)，引线(18)分别将四端霍尔元件芯片(13)和半 导体磁敏电阻芯片(14)的联接到实验仪上面板标有对应名称的插孔(19)相应位置，并引 入仪表箱内部配线线路板(9)上。
3. 如权利要求l所述的一种磁场特性、磁敏元件综合实验仪器，其特征是磁集束研究部 分(4)具体结构包括线圈(20)、 (21)、 U型导磁材料芯(22)、接线插头组(23)、带有标 尺的二维可移动测量架(24)、转动旋纽(25)、 (26)、磁敏感元件(27)、线路板(28)、接 插接线柱(29)、 一对形状相同2个磁集束块(30)、圆形凹槽(31);两个绕线匝数相同的线 圈(20)、 (21)分别安装在U型导磁材料芯(22)的两个立柱上，导线由接线插头组(23) 接入仪表箱内配线线路板(9);制备不同截面积的磁集束块(30)，端面截面积从5%到300 %，磁集束块(30)能制成系列样品，磁集束块下面具有与U型园柱顶端滑动配合圆形凹槽(31)，安放在一起能保证磁场磁路导通；带有标尺的二维可移动测量架(24)上固定焊有磁 敏感元件(27)的线路板(28);磁敏感元件(27)电信号由接插接线柱(29)连入仪表箱内 配线线路板(9);分别转动旋纽(25)、 (26)，能改变磁敏感元件在集束磁路缝隙中的位置， 测量出不同截面积的磁集束块(30)中的磁场特性。
4. 如权利要求l所述的一种磁场特性、磁敏元件综合实验仪器，其特征是U型磁路研究 部分包括双层线圈(32)、 (33)、 U型磁性材料铁芯(34)、接线柱(35)、 (36)，固定架(37)、 矩形磁性材料棒(38)、移动架(39)、移动架旋钮(40)、磁敏感元件(41)、样品架(42)、 插接接线柱(43)、测试支架(44); 一组2个匝数相同双层线圈(32)、 (33)安装在U型磁性材料铁芯(34)两侧，联接线由一组插接接线柱(35)、 (36)接入仪表箱内配线线路板(9); U型磁性材料铁芯(34)由固定架(37)通过螺丝固定在实验仪上表面相应的位置； 一个矩 形磁性材料棒(38)安装在带有标尺的一维移动架(39)上，通过旋转移动架旋钮(40)能 调节矩形磁性材料棒(38)与U型磁性材料铁芯(34)之间的距离；磁敏感元件(41)固定 在样品架(42)前端位置并处于U型磁芯中心线等高位置，联接线由插接接线柱(43)接入 仪表箱内配线线路板(9);带有与U型磁性材料铁芯(34)对应2个开孔位置的测试支架(44) 由螺丝固定在实验仪上表面上。
5. 如权利要求l所述的一种磁场特性、磁敏元件综合实验仪器，其特征是E型磁路研究部 分的构成为3个线圈(45)、 (46)、 (47)为一组，其中(45)、 (47)为匝数相同的单组线圈 套在E型磁性材料铁芯(48)两侧磁芯处，双层线圈(46)套在E型磁性材料铁芯(48)的中 间磁芯柱处；联接线由一组插接接线柱(49)、 (50)、 (51)接入仪表箱内配线线路板(9); E 型磁性材料铁芯(48)由固定架(52)通过螺丝固定在实验仪上表面相应的位置； 一个矩形 磁性材料棒(53)安装在带有标尺的一维移动架(54)上，通过旋转移动架旋钮(55)能调 节矩形磁性材料棒(53)与E型磁性材料铁芯(48)之间的距离；磁敏感元件(56)固定在样 品架(57)前端与E型磁芯中心线等高位置，联接线由插接接线柱(58)接入实验仪内部接线 板(9);带有与E型磁性材料铁芯(48)对应开孔位置的测试支架(59)由螺丝固定在实验仪 上表面上。
6. 如权利要求l所述的一种磁场特性、磁敏元件综合实验仪器，其特征是专用弱磁检测 亥姆霍兹线圈检测台(2)的构成为沿线圈框架(60)、 (61)直径方向以10 1000匝为一组 绕制的内外两层线圈(62)、 (63)，分别引出接线抽头(64)、 (65)，通过实验仪侧面亥姆霍 兹线圈供电接线柱(127)与线圈的接线方式不同，能对不同直径的线圈、线圈正反接、线圈 串并联等多种实验方式进行探讨研究；直线滑轨(66)固定在底板(67)上，线圈框架(60) 安装在固定块(68)上，并用螺钉固定在直线滑轨(66)的一端；线圈框架(61)安装在固 定块(69)上，固定块(69)用螺丝紧固在直线滑轨(66)的滑块上，这样推动线圈框架(61) 即能改变线圈框架(61)与(60)之间的距离，间距大小由固定在底板(67)上的刻度尺(70) 给出。
7. 如权利要求6所述的一种磁场特性、磁敏元件综合实验仪器，其特征是专用弱磁检测 亥姆霍兹线圈检测台(2)中圆形测试架(71)的外径与线圈框架(60)内孔直径形成滑动配 合，线圈框架(60) —端有一个内孔相同的环行凸台(73)，紧固螺丝(74)能固定圆形测试 架(71)与线圈框架(60)的相对位置，其具体数值由安装在圆形测试架(71)轴向外表面 上的刻度尺(72)给出；在垂直于圆形测试架(71)轴向的端面上，在中心位置加工一个轴 向通孔(75)，孔径大小根据轴向测试尺(81)的外接圆的尺寸决定，形成滑动配合；同样根 据所需测量的不同位置加工与轴向通孔(75)相同孔径的通孔(76)、 (77);轴向测试尺(81) 一端内置检测磁敏传感器(82)，通过引线(83)与主实验箱(1)的侧端面检测传感器接线 插孔(129)连接；测试尺(81)与圆形测试架(71)的相对位置由固定在轴向测试尺(81) 上的刻度尺(84)给出，这样能实现对亥姆霍兹线圈中心轴线磁场强度的测；将轴向测试尺(81)换到非中心的其它通孔(76)或(77)时，能测到线圈框架(60)上缠绕的线圈(62) 或线圈(62)与(63)的串联、并联、正反接等组合状态；通过联接线路，能测量缠绕了线 圈的线圈框架(60)与(61)构成的亥姆霍兹线圈的组合状态和轴向所需测量位置的磁场分 布情况；在圆形测试架(71)的端面沿直径方向安装一个滑槽(85)，在滑槽中部加工一个与 测试架中心孔(75)相同的通孔，能使轴向测试尺(81)穿过滑槽进行中心轴向磁场测量； 径向测量尺(86)， 一端内置检测磁敏传感器，能沿着滑槽(85)移动，通过引线(87)与主 实验箱(1)的侧端面检测传感器接线插孔(129)连接；径向测量尺(86)与圆形测试架(71) 的相对位置由固定在径向测量尺(86)上的刻度尺(88)给出，这样能实现对线圈(62)或 线圈(63)以及它们的组合状态，或缠绕了线圈的线圈框架(60)与(61)构成的亥姆霍兹 线圈直径方向磁场强度分布的测量；选择使用亥姆霍兹线圈测试时，要选择实验仪侧面选择 开关(126)置于"ON"的位置，不用时要放置于"OFF"的位置。
8.如权利要求7所述的一种磁场特性、磁敏元件综合实验仪器，其特征是专用弱磁检测 亥姆霍兹线圈检测台(2)还设置了磁敏感元件实验样品台(89)，由转轴(90)、角度传感器(91)、转台底座(92)连接固定在亥姆霍兹线圈中心等高线的位置；实验样品台(89)转动 时，转轴(90)带动角度传感器(91)转动，通过引线(93)连接的实验样品台角度显示表(94)，能给出实验样品台与亥姆霍兹线圈给出磁场相对角度示数，角度传感器(91)为360 °线性传感器；角度显示表由引线(95)与主实验箱(1)侧面板(128)连接，得到供电驱 动电源；(96)为液晶显示器；转台底座(92)有一凹槽，安放在直线滑轨(66)上面，保证 样品台与亥姆霍兹线圈的同心度。
专利摘要一种磁场特性、磁敏元件综合教学实验仪器，属于仪器仪表领域。其特征是整个实验仪由主实验箱(1)、专用弱磁检测亥姆霍兹线圈检测台(2)、机箱仪表前面板(7)、信号联结侧面板(8)、仪表箱内配线线路板(9)组成；主实验箱(1)包括电磁铁强磁场特性感应敏感元件特性研究部分(3)和磁路特性研究两部分；磁路特性研究部分包括磁集束特性研究部分(4)、U型磁路特性研究部分(5)、E型磁路特性研究部分(6)。本实用新型将当代科学研究的前沿技术转化为基础教学中的研究性实验，为实验者提供进行磁场特性分析、磁路特性分析、磁集束特性分析和多种磁敏感元件特性分析方面的学习型与研究型实验。
文档编号G09B23/00GK201259748SQ200820109619
公开日2009年6月17日 申请日期2008年8月1日 优先权日2008年8月1日
发明者周义勇, 佳 廖, 杰 李, 申 李, 李紫玥, 跃 田, 裴屹杰, 赵雪丹, 宏 邱, 陈毅平, 黄筱玲 申请人:北京科技大学