一种磁性元件的磁场测量装置及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明一种磁性元件的磁场测量装置及测量方法，用于探测磁性元件的磁场强 度。
【背景技术】
[0002] 对磁现象进行观察和利用，是人类最古老的技术领域之一。远在公元之前三世纪， 古人就使用了磁罗盘，后来又把它用于航海业。近年来，随着电子行业的迅猛发展，各种磁 性材料和磁器件的应用越来越普遍，对弱磁场测量精度也提出了更高的要求。当前，根据测 量系统敏感元件的工作原理划分，主要有霍尔元件、磁通门传感器、磁阻传感器、巨磁阻传 感器等。基于上述磁敏感元件，匹配相应的测量电路和显示装置，可以制作不同量程的磁场 测量装置和应用产品，如磁强计、高斯计等。但现阶段用于磁性元件磁场的测量的装置或产 品，存在如下问题：
[0003] 1、基于霍尔元件的高斯计。高斯计是检测磁场磁感应强度的专用仪器，是磁性元 件磁场测量中用途最为广泛的仪器之一。实际商用的大部分磁场强度测量仪表，如SHT-B 型数字式特斯拉计、HT201数字式特斯拉计/高斯计和GM55数字式高斯计等，大多采用高 精度、高稳定性的GaAs霍尔元件作为磁传感器，有两个量程。第一量程为0~200mT，分辨 率为0.0 lmT ;第二量程为0~2000mT，分辨率为0. lmT。如价格高达万元的LZ-860高斯计 可以测量直流和交流磁场，但分辨率最高也只有10uT。此外，由于霍尔元件本身的发热量 大，且对温度敏感，通常需要增加硬件来使霍尔元件保持恒温，同时采用软件对测量结果需 要进行非线性误差修正、显示值大小修正、峰值保持、软件调零等，系统设计复杂，测量精度 不尚，价格昂贵。
[0004] 2、基于磁通门、各向异性磁阻、巨磁阻设计的传感系统虽然具有较高的精度，但测 量量程不大（通常只有几十 UT)，且需要附加复杂的放大电路（一般要放大数百至上千倍） 和滤波反馈电路，乃至置位/复位电路来改善测量精度，导致系统结构复杂、体积大、功耗 高，价格昂贵，其应用场合受到限制。
[0005] 目前为止，用于磁性元件磁场测量的高斯计精度大多在0.0 lmT级别，对于测量一 些小型磁性元件的磁场强度，准确性不高，且易受地磁场干扰。因此急需开发出精度高、量 程大、抗地磁场干扰、高性价比的磁性元件磁场测量装置。
【发明内容】
[0006] 鉴于上述磁场测量装置存在的局限性，为了有效探测磁性元件的磁场强度，本发 明要解决的技术问题在于针对现有技术的问题，提出一种精度高（〇. Ιμτ)、量程可调节、抗 地磁场干扰、便于操作的磁场测量装置及探测方法。
[0007] 本发明采取的技术方案为：
[0008] 一种磁性元件的磁场测量装置，包括磁传感探头，与磁传感探头相连的测量电路， 测量电路与量程调节机构机械连接，测量电路通过导线与辅助电路连接，其中，
[0009] 所述磁传感探头用于感应被测物体和周围环境的磁场强度信号；
[0010] 所述测量电路用于将获取的磁场强度信号转换成数字电信号，并进行信号处理；
[0011] 所述量程调节机构用于改变磁传感探头的位置；
[0012] 所述辅助电路用于为装置工作提供电源，并显示当前磁场大小，辅助检测量程调 节机构的档位切换。
[0013] 所述所述磁传感探头由第一磁传感器和第二磁传感器构成，所述第一磁传感器和 所述第二磁传感器沿中心轴线同向布置，两者之间的距离大于12cm。
[0014] 所述测量电路由驱动芯片、微处理器和外围电路构成，所述驱动芯片连接第一磁 传感器和第二磁传感器，驱动芯片与微处理器连接，通过所述微处理器对驱动芯片的测量 参数进行配置，并读取两个传感器的测量数据。
[0015] 所述量程调节机构还包括导槽、滑动杆、按键、复位弹簧，其中，
[0016] 所述按键与导槽配合，并与所述滑动杆固定连接，用于调节滑动杆的位置；
[0017] 所述复位弹簧一端与所述导槽连接，一端与所述滑动杆连接；
[0018] 所述滑动杆与所述导槽为圆柱配合，所述滑动杆的一端与测量电路连接。
[0019] 所述量程调节机构设有档位A、档位B、档位C、档位D，在所述复位弹簧的作用下， 通过手动调节所述按键的档位，改变磁传感探头与被测磁性元件之间的距离。
[0020] 一种磁性元件的磁场测量装置的测量方法，在档位A测量时，第一磁传感器贴近 磁性元件，驱动芯片驱动第一磁传感器和第二磁传感器同时进行磁场强度测量，并将测量 结果转换成数字信号传送给单片机，经过差分处理，消除地磁场的影响，测得磁性元件表面 的磁场强度。
[0021] 一种磁性元件的磁场测量装置的测量方法，对于小型磁性元件的磁场强度大于磁 传感器D档位量程时，通过调节按键使磁传感探头与磁性元件的距离，测量探头移至该点 时的磁场强度，则磁性元件表面的磁场强度用如下公式进行计算：
【主权项】
1. 一种磁性元件的磁场测量装置，其特征在于，包括磁传感探头，与磁传感探头相连的 测量电路，测量电路与量程调节机构机械连接，测量电路通过导线与辅助电路连接，其中， 所述磁传感探头用于感应被测物体和周围环境的磁场强度信号； 所述测量电路用于将获取的磁场强度信号转换成数字电信号，并进行信号处理； 所述量程调节机构用于改变磁传感探头的位置； 所述辅助电路用于为装置工作提供电源，并显示当前磁场大小，识别当前的档位。
2. 根据权利要求1所述一种磁性元件的磁场测量装置，其特征在于，所述磁传感探头 由第一磁传感器（1)和第二磁传感器（2)构成，所述第一磁传感器（1)和所述第二磁传感 器（2)沿中屯、轴线同向布置，两者之间的距离大于12cm。
3. 根据权利要求1所述一种磁性元件的磁场测量装置，其特征在于，所述测量电路由 驱动巧片、微处理器和外围电路构成，所述驱动巧片连接第一磁传感器（1)和第二磁传感 器（2)，驱动巧片与微处理器连接，通过所述微处理器对驱动巧片的测量参数进行配置，并 读取两个传感器的测量数据。
4. 根据权利要求1所述一种磁性元件的磁场测量装置，其特征在于，所述量程调节机 构还包括导槽、滑动杆、按键、复位弹黃，其中， 所述按键与导槽配合，并与所述滑动杆固定连接，用于调节滑动杆的位置； 所述复位弹黃一端与所述导槽连接，一端与所述滑动杆连接； 所述滑动杆与所述导槽为圆柱配合，所述滑动杆的一端与测量电路连接。
5. 根据权利要求1~4所述一种磁性元件的磁场测量装置，其特征在于，所述量程调节 机构设有档位A、档位B、档位C、档位D，在所述复位弹黃的作用下，通过手动调节所述按键 的档位，改变磁传感探头与被测磁性元件之间的距离。
6. 采用如权利要求1~5任意一种磁性元件的磁场测量装置的测量方法，其特征在于， 在档位A测量时，第一磁传感器（1)贴近磁性元件，驱动巧片驱动第一磁传感器（1)和第二 磁传感器（2)同时进行磁场强度测量，并将测量结果转换成数字信号传送给微处理器，经 过差分处理，消除地磁场的影响，测得磁性元件表面的磁场强度。
7. 采用如权利要求1~6任意一种磁性元件的磁场测量装置的测量方法，其特征在于， 对于小型磁性元件的磁场强度大于磁传感器D档位量程时，通过调节按键使磁传感探头与 磁性元件的距离山测量探头移至该点时的磁场强度H'，则磁性元件表面的磁场强度H。用 如下公式进行计算：
其中，r。为元件表面到质屯、的距离，k为修正系数，不同元件的形状、磁场强度不同，k值不同。
8. 采用如权利要求1~7任意一种磁性元件的磁场测量装置的测量方法，其特征在于 包括W下步骤： 步骤1 ;系统上电，主控电路初始化，并对第一磁传感器（1)、第二磁传感器（2)进行配 置； 步骤2 ;将手持磁传感装置贴近被测磁性元件，仔细观察显示器上磁场大小，当磁场强 度大于+/-200UT，磁场饱和，系统报警提示，将按键调节到B档； 步骤3 ;根据B档测量的结果，确定是否需要采用步骤2进一步调节量程； 步骤4 ;当测量结果在量程范围内时，直接读取测量结果。
【专利摘要】一种磁性元件的磁场测量装置及探测方法，包括磁传感探头、测量电路、量程调节机构和辅助电路。磁传感探头由第一磁传感器、第二磁传感器构成，用于磁信号的获取；测量电路由驱动芯片、微处理器构成，用于磁电信号的转换及处理；量程调节机构由导槽、滑动杆、复位弹簧构成，用于改变磁传感探头的位置；本发明采用差分消除地磁场和共模干扰等影响，在开放空间实现对磁性元件磁场的准确测量，可通过机械结构调节探头位置，配合算法处理来扩展测量的量程。具有精度高，可操作性好，且不受地磁场干扰，探头不宜损坏，易于维护，性价比高等特点。
【IPC分类】G01R33-02
【公开号】CN104793151
【申请号】CN201510179569
【发明人】罗志会, 徐校明, 刘亚, 潘礼庆, 郑胜, 许云丽, 杨先卫
【申请人】三峡大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月16日