磁场强度检测方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种磁场强度检测方法和装置，所述磁场强度检测装置包括霍尔传感电路、放大器、位移传感器、LED点阵，所述霍尔传感电路包括霍尔器件和直流电源。本发明采用霍尔器件来测量磁场，在给霍尔器件通以恒定电流时，它在磁场中会感应出霍尔电压，霍尔电压的高低与霍尔器件所在处的磁场强度成正比。在本发明中通过将霍尔电压放大来驱动LED点阵，以将测量的结果显示出来，由于驱动电压不同，LED发光效果不同，可以用直观的LED点阵的不同发光效果来指示当前磁场强弱大小。另外，也可以通过显示屏直接将测得的磁场强度直接输出。这样既可以实时显示磁场的分布规律，又可以准确显示所测空间某一点磁场强度的大小。
【专利说明】磁场强度检测方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁场强度检测领域，具体涉及一种利用霍尔传感电路对磁场强度进行检测的方法和装置。
【背景技术】
[0002]亥姆霍兹线圈是用两个半径和匝数完全相同的线圈，将其同轴排列并令间距等于半径，串接而成的线圈。用它可以产生极微弱的磁场直至数百Gs的磁场，可用于地球磁场的抵消补偿、检测永磁体特性等。将两个线圈通以同向电流时，磁场叠加增强，并在一定区域形成近似均匀的磁场；通以反向电流时，则叠加使磁场减弱，以至出现磁场为零的区域。
[0003]不过，在使用亥姆霍兹线圈时，往往要首先确定亥姆霍兹线圈所产生的磁场的分布。亥姆霍兹线圈所产生的磁场在一定范围内具有一定均匀性，且产生的磁场具有一定的可调性，同时在不通电的情况下不会产生环境磁场。测量亥姆霍兹线圈磁场的传统方法一般是使用探测线圈配以指针式交流电压表来测量其所产生磁场的磁感应强度。这种方法准确度不高不能精确表示磁场强度，并且不能实时显示亥姆霍兹线圈磁场分布的规律。
【发明内容】
[0004]针对以往测量磁场的方法和装置存在的缺陷，即，对于磁场强度测量的准确性不强，显示方法不直观，本发明提供一种改进型的磁场强度检测方法和装置。本发明的磁场强度检测方法和装置主要用来测量亥姆霍兹线圈所产生的磁场。
[0005]在本发明中采用霍尔传感电路，在霍尔传感电路中包括霍尔器件。本发明采用霍尔器件来测量亥姆霍兹线圈所产生的磁场。在给霍尔器件通以恒定电流时，它在磁场中会感应出霍尔电压，霍尔电压的高低与霍尔器件所在处的磁场强度成正比，因而可以用霍尔器件测量磁场。
[0006]在测量过程中利用处理器(例如，单片机)或放大滤波电路来处理由霍尔传感电路所采集的数据，即，电压信号。然后，利用所得到的电压信号来驱动对应的LED。由于驱动电压不同，LED发光效果不同，可以用直观的LED点阵的不同发光效果来指示当前磁场强弱大小。这样既可以实时显示多个亥姆霍兹线圈磁场的分布规律，又可以准确显示所测空间某一点磁感应强度的大小。
[0007]具体而言，本发明提供了一种磁场强度检测装置，其特征在于，所述磁场强度检测装置包括霍尔传感电路、放大器、位移传感器、LED点阵，所述霍尔传感电路包括霍尔器件和直流电源，
[0008]所述直流电源在所述霍尔器件的第一输入端和第二输入端施加恒定电压，使得所述霍尔器件的第一输入端和第二输入端之间流过恒定电流；
[0009]所述霍尔器件置于待测磁场中，并且在所述待测磁场的作用下产生与所述待测磁场在所述霍尔器件位置处的磁场强度成正比的电压信号；
[0010]所述放大器接收所述霍尔器件产生的电压信号并且对所述电压信号进行放大；[0011]所述位移传感器检测所述霍尔器件在所述磁场中的位置并且根据所述霍尔器件所处的位置将经放大的所述电压信号输出给所述LED点阵中的对应LED，用以驱动该对应LED发光。
[0012]优选地，所述磁场强度检测装置还包括信号缓存装置，所述信号缓存装置存储在各个位置处测得的经放大的所述电压信号。
[0013]优选地，所述磁场强度检测装置还包括异常校正电路，所述异常校正电路检测在后一位置处所检测到的电压信号与前一位置处所检测到的电压信号之间的差值是否超过预定阈值，如果超过预定阈值，则所述异常校正电路对在后一位置处所检测到的电压信号进行校正。
[0014]优选地，所述磁场强度检测装置还包括处理器，所述处理器将所测得的电压信号进行模数转换并存储在所述信号缓存装置中，并且所述处理器逐对地将相邻位置处所测得的电压信号读取出来，然后对所读取出来的每对信号中的异常信号进行校正。
[0015]优选地，所述磁场强度检测装置还包括切换电路，用于根据位置传感器所检测到的所述霍尔器件所处位置，来将所述霍尔器件在该位置处所输出的经放大的电压信号输出到与该位置所对应的LED，从而实现所述霍尔器件所处位置与LED点阵中的对应LED之间的关联。
[0016]优选地，还包括另一数字显示屏，所述处理器根据所述霍尔器件的性质将所测得的电压信号转换成对应的磁场强度数值，并且输出给数字显示屏，从而显示所测的磁场强度数值。
[0017]在另一个实施例中，本发明提供一种磁场强度检测方法，所述方法包括:
[0018]将上述的磁场强度检测装置的霍尔器件置于待测磁场中；
`[0019]在所述霍尔器件的第一输入端和第二输入端之间施加以恒定电压；
[0020]从所述霍尔器件的输出端接收电压信号；
[0021 ] 对所述电压信号进行放大；
[0022]测定所述霍尔器件在所述待测磁场中的位置；
[0023]将经放大的电压信号输出到所述磁场强度检测装置的显示阵列中与所述霍尔器件在所述待测磁场中的位置相对应的显示光源，用以驱动该显示光源发光。
[0024]本发明装置中的显示屏可以采用LED点阵，也可以采用其他显示装置。若采用LED点阵，则LED点阵中不同LED的发光强度将反映出不同位置处磁场的强度，它的变化规律与所在位置处磁场的变化规律一致。如果采用其他电子显示装置，也可以直接显示出不同位置处所测得的磁场的强度数值。本装置结合亥姆霍兹线圈特点，采用多线圈分布，可以测量大范围的磁场分布，因而在地球磁场勘探，地质勘探及磁场检测等领域有着广泛的应用前
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【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为根据本发明的一个实施例的霍尔传感电路的原理示意图；
[0026]图2为根据本发明的一个实施例将磁场强度转换成电压用于驱动LED的电路；
[0027]图3为LED点阵的示意图；
[0028]图4为根据本发明的磁场强度检测装置的示意图；[0029]图5为磁场强度校正电路的示意图。
【具体实施方式】
[0030]本发明的磁场强度检测装置采用霍尔器件对待测磁场进行逐点测量。本发明的磁场强度检测装置包括:霍尔传感电路、放大器、位移传感器、LED点阵。
[0031]如图1所示，霍尔传感电路包括直流电源(其具有输出电压Vin)以及霍尔器件2。霍尔器件2的两个输入端分别与电源的正负极相连，或者经由限流电阻与电源的正负极相连。当霍尔传感电路置于磁场中时，如图1中的箭头所示，设磁场方向从图中左侧指向右侦U。当电源以恒定电压Vin施加在霍尔器件的两个输入端上时，霍尔器件中流过恒定电流Iin。根据霍尔器件的性质，霍尔器件两侧将产生一定的电压，该电压称为霍尔电压。通过霍尔器件两侧的接线端11和12，能够测量出两侧的电压差。将该电压放大后，用于驱动LED点阵中的对应LED发光。
[0032]更具体而言，当本发明的霍尔器件置于磁场中的某一点时，霍尔传感电路中的直流电源为霍尔器件提供恒定的电流，并且相应地从霍尔器件的两个输出端子接收其输出电压。然后，放大器(图2中的A2)对该输出电压进行放大。
[0033]与此同时，位移传感器确定霍尔器件在磁场中的位置，并将该位置信息输出给放大电路或LED点阵、或者通过额外的缓存装置存储霍尔器件的位置信息以便后续将该位置信息与所测得的电压信号关联起来。
[0034]也就是说，通过位移传感器将霍尔器件的每个位置与LED点阵中的每个位置相对应。这样，霍尔器件置于磁场中的某一点时，位移传感器确定霍尔器件在磁场中的位置，从而，将霍尔器件在该处所测得的电压放大后输出给LED点阵中的相应LED。这样，霍尔器件在该处所测得的磁场强度将转化为相应LED所发出光的亮度。也就是说，霍尔器件在每个位置处所测得的磁场强度与相应LED的发光亮度相对应。
[0035]如图2所示，图中的电路用于将磁场强度转换成电压进而接通LED。具体而言，霍尔器件的第一个输入端经由电阻R连接至直流电源V的正极，霍尔器件的第二个输入端连接至电源V的负极；霍尔器件的第一输出端和第二输出端分别连接至电阻&的两端。电阻&两端的电压反映霍尔器件的两个输出端之间的电势差。
[0036]放大器Al的非反转输入(正输入端)接地(即接到OV上)，负输入端连接至霍尔器件的第一输入端。当Al正常工作时,正输入端的输入电压为0V。放大器Al的输出端连接至霍尔器件的第二输出端。
[0037]霍尔器件的第一输出端还连接至放大器A2的正输入端，放大器A2的负输入端经电阻Rl接地。电源V。。为放大器A2供电，放大器A2的输出端经电阻R2连接至对应LED。霍尔器件输出的正电压经放大后，经由电阻R2加在LED的正极，为LED供电，LED的负极经电容c接地。
[0038]A2放大器为一个差动放大器,将霍尔器件的输出端输出的信号进行放大。经过A2差动放大器的放大作用，产生出一个经过放大的电压信号，以这个电压信号来驱动LED灯发光，由于产生的电压信号为磁场强度转化而来，所以不同的磁场强度所转化来的电压大小不同，对LED的驱动能力也不同。
[0039]图2所示电路通过LED的亮度来显示磁场强弱，直观、方便，为首创电路。虽然图2中仅画出了一个LED，但是本领域技术人员应该理解，这仅仅是示意性的，图2中所连接的也可以为LED点阵。
[0040]另外，在图2中所示电路与LED点阵之间可以添加切换电路，用于根据位置传感器所检测到的霍尔器件所处位置，来将霍尔器件所输出电压电压信号连接到与该位置所对应的LED，从而实现霍尔器件所处位置与LED点阵中的对应LED之间的关联。A2放大器的输出端还可以连接到寻址电路以便通过寻址将在某一位置处所测得的电压信号输送到对应LED。
[0041]此外，本发明的磁场强度检测装置还可以确定并保存霍尔器件在各个位置处所输出的电压值，并且将所测得的数据送入LED点阵屏。随后，LED点阵屏根据所对应电压值的大小进行发光，得到磁场分布强弱图形。
[0042]图3为本发明的一个实施例中所采用的强度显示LED点阵的原理示意图，其中，左侧为LED点阵的正面示意图,右侧为LED点阵中LED的连接示意图。如图2右侧所示,通过LED的两个对角处的坐标来确定对应LED是否发光。例如，当如果希望左上角的LED发光，则只需在坐标X7、YO之间施加电压即可。
[0043]当霍尔器件所处位置确定后，将图2所示电路中A2放大器的输出端连接到对应LED的阳极，例如通过交换机等。当有磁场强度转化的电压信号时LED得到驱动便发出光亮，光亮程度取决于磁场转化成电压的大小，电压高的驱动能力强，LED发光强度大，电压低的驱动能力弱，LED不发光，磁场为零的地方没有发光点，当有磁场加入亥姆霍兹线圈时，图2所示电路与图3所示电路连接在一起作为磁场强度显示装置，可以根据LED的亮度不同而得到磁场的强弱度亮度发光带。
[0044]由于双线圈的测量范围有限，本装置由多线组成，即将采用彼此平行放置的多组线圈，可以测量的范围更加广泛，相当于多个亥姆霍兹线圈的组合效果。
[0045]在一个实施例中，测得的电压信号通过信号放大器进行放大，放大后的信号传送到A/D转换电路中，A/D转换电路将模拟信号转换成数字信号送入MCU中，MCU对传入的数字量进行运算处理，计算出相应的磁场值，显示电路显示出相应的LED发光带。
[0046]图4示出了本发明的一个实施例中的磁场强度检测装置的外部结构示意图。图中示出了产生待测磁场的待测线圈1、霍尔器件2、电流开关3、显示开关4、电源开关5。霍尔器件2可以在待测线圈I中相对移动，从而逐点对待测线圈I所产生的磁场进行测量。图4中仅仅画出了该磁场强度检测装置外部轮廓，具体电路部分设置在结构内部，并未画出。
[0047]由于本发明主要针对亥姆霍兹线圈所产生的磁场进行测量，而亥姆霍兹磁场曲线为连续型曲线，且曲率很小，所以，在一个实施例中，磁场强度检测装置还可以包括异常校正电路，该异常校正电路检测在后一位置处所检测到的电压信号与前一位置处所检测到的电压信号之间的差值是否超过预定阈值，如果超过预定阈值，则所述异常校正电路对在后一位置处所检测到的电压信号进行校正。
[0048]具体而言，本发明可以通过缓存装置将霍尔器件在不同位置处所测得的电压信号(或该电压信号经模数转换后所得到的数字信号)缓存起来。稍后，磁场强度检测装置的处理器(或微处理器，即MCU)或其他处理电路可以逐对地将相邻位置(对应于相邻LED点阵)的信号读取出来，然后采用异常校正电路对所读取出来的没对信号进行比较校正。
[0049]当LED点阵屏上两相邻LED所对应的电压信号相差较大时可认为是存在误差，需要进行校正。
[0050]图5为本发明设计出的一种校正电路的示意图。Ul和U2分别代表相邻两个位置处所测得的电压信号(或经放大的电压信号)。如图5所示，Ul输入到比较器Al的负输入端，Urh分别输入放大器Al的正输入端和放大器A2的负输入端，U2输入到放大器A2的正输入端。放大器Al的输出端连接单向二极管D1，放大器A2的输出端连接单向二极管D2。单向二极管Dl和D2的另一端连接在一起，并经Rl连接到放大器A3的负输入端。Ul还输入到放大器A3的正输入端，U2还连接到PWM，而PWM连接到放大器A3的输出端。放大器A3的输出端经另一电阻连接到放大器A3的负输入端。
[0051]设Ul电压高于U2电压，以高的电压作为基准电压当两个电压差值达到一定值时D2被截止，此时视U2所对应的磁场强度为无效磁场强度，需要进行校正，校正电压大小可进行PWM占空比调节确定，一般情况下，调整为两个电压和的一半。
[0052]在一个实施例中，本发明还提供了 一种采用上述磁场强度检测装置进行磁场检测的方法，该方法包括将霍尔器件置于待测磁场中；
[0053]对所述霍尔器件的第一输入端和第二输入端之间施加以恒定电压；
[0054]从所述霍尔器件的输出端接收电压信号；
[0055]对所述电压信号进行放大；
[0056]测定所述霍尔器件在所述待测磁场中的位置；
[0057]将经放大的电压信号输出到所述磁场强度检测装置的显示阵列中与所述霍尔器件在所述待测磁场中的位置相对应的显示光源，用以驱动该显示光源发光。
[0058]本领域技术人员将理解本发明可以以本文中所述的那些以外的、没有偏离本发明的精神和本质特性的特定形式来执行。因此，所有方面的上述实施方式应当被解释为例示的而不是限制性的。本发明的范围应当由所附权利要求书和它们的法律等同物来确定，而不是由上述描述来确定，并且所有落入所附权利要求书的含义和等同范围之内的改变都将包括进来。
[0059]对于本领域技术人员来说显而易见的是，在所附权利要求书中没有显示地互相引用的权利要求可以组合起来，作为本发明的示例性实施方式，或者被包括而在提交本申请之后通过之后的修改而成为新权利要求。
[0060]本发明的方式
[0061 ] 以用于执行本发明的最佳方式已经描述了各种实施方式。
[0062]工业应用性
[0063]如根据上述描述所显而易见的，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以对本发明做出各种修改和变型，而不偏离本发明的精神或范围。因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求书和它们的等同物的范围之内的修改例和变型。
【权利要求】
1.一种磁场强度检测装置，其特征在于，所述磁场强度检测装置包括霍尔传感电路、放大器、位移传感器、LED点阵，所述霍尔传感电路包括霍尔器件和直流电源， 所述直流电源在所述霍尔器件的第一输入端和第二输入端施加恒定电压，使得所述霍尔器件的第一输入端和第二输入端之间流过恒定电流； 所述霍尔器件置于待测磁场中，并且在所述待测磁场的作用下产生与所述待测磁场在所述霍尔器件位置处的磁场强度成正比的电压信号； 所述放大器接收所述霍尔器件产生的电压信号并且对所述电压信号进行放大； 所述位移传感器检测所述霍尔器件在所述磁场中的位置并且根据所述霍尔器件所处的位置将经放大的所述电压信号输出给所述LED点阵中的对应LED，用以驱动该对应LED发光。
2.如权利要求1所述的磁场强度检测装置，其特征在于，所述磁场强度检测装置还包括信号缓存装置，所述信号缓存装置存储在各个位置处测得的经放大的所述电压信号。
3.如权利要求2所述的磁场强度检测装置，其特征在于，所述磁场强度检测装置还包括异常校正电路，所述异常校正电路检测在后一位置处所检测到的电压信号与前一位置处所检测到的电压信号之间的差值是否超过预定阈值，如果超过预定阈值，则所述异常校正电路对在后一位置处所检测到的电压信号进行校正。
4.如权利要求2所述的磁场强度检测装置，其特征在于，所述磁场强度检测装置还包括处理器，所述处理器将所测得的电压信号进行模数转换并存储在所述信号缓存装置中，并且所述处理器逐对地将相邻位置处所测得的电压信号读取出来，然后对所读取出来的每对信号中的异常信号进行校正。
5.如权利要求1所述的磁场强度检测装置，其特征在于，所述磁场强度检测装置还包括切换电路，用于根据位置传感器所检测到的所述霍尔器件所处位置，来将所述霍尔器件在该位置处所输出的经放大的电压信号输出到与该位置所对应的LED，从而实现所述霍尔器件所处位置与LED点阵中的对应LED之间的关联。
6.如权利要求4所述的磁场强度检测装置，其特征在于，还包括另一数字显示屏，所述处理器根据所述霍尔器件的性质将所测得的电压信号转换成对应的磁场强度数值，并且输出给数字显示屏，从而显示所测的磁场强度数值。
7.—种磁场强度检测方法，其特征在于，所述方法包括: 将如权利要求1中所述的磁场强度检测装置的霍尔器件置于待测磁场中； 在所述霍尔器件的第一输入端和第二输入端之间施加以恒定电压； 从所述霍尔器件的输出端接收电压信号； 对所述电压信号进行放大； 测定所述霍尔器件在所述待测磁场中的位置； 将经放大的电压信号输出到所述磁场强度检测装置的显示阵列中与所述霍尔器件在所述待测磁场中的位置相对应的显示光源，用以驱动该显示光源发光。
【文档编号】G01R33/07GK103558567SQ201310503988
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】蔡普申, 王启银, 武登峰, 闫君, 齐宏伟, 赵培峰, 赵锐, 任淑芳 申请人:国家电网公司, 山西省电力公司大同供电分公司