磁场强度检测套件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及磁场强度检测套件,其包括相互分离地设置在各自独立的电路板上的检测探头、处理装置和采集板卡。其中，检测探头包括设置于第一电路板上的霍尔元件、与霍尔元件电连接的信号输出接口；处理装置包括设置于第二电路板上的信号输入接口、处理电路、模拟数据输出接口；采集板卡上设置有模拟数据输入接口、A/D转换电路、数字数据输出接口，用以传送数字数据至工控机以进行进一步分析处理。实施本发明，由于检测探头、处理装置和采集板卡三者分离，可实现磁场强度(磁通量)探测、信号处理相分离的功能，便于将磁场强度检测装置集成到各种在线的生产和检测设备中，具有灵活度高、易拆装、易集成、可靠性好的优势。
【专利说明】
磁场强度检测套件
技术领域
[0001]本发明涉及磁场检测领域，更具体地说，涉及一种磁场强度检测套件。
【背景技术】
[0002]磁现象是一种最早被人类认识的物理现象，随着科技水平的飞速发展，在工业、医疗和生活等方面扮演越来越重要的角色。近些年，个人智能终端上的新应用，如磁连接端口、自动亮熄屏等，就需要在生产组装终端设备时，对磁场强度进行实时测量。现有的磁场强度检测设备大都是专用设备，集信号检测、处理、分析等功能模块为一体，体积大占空间，且缺少灵活性、方便性，不便嵌入各种在线的生产和检测设备中，使用成本高。
[0003]因此，需要开发一种能满足灵活度高、易拆装、易集成、可靠性好等要求的检测装置。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种磁场强度检测套件。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种磁场强度检测套件，其包括相互分离地设置在各自独立的电路板上的检测探头、处理装置和采集板卡，其中:
[0006]所述检测探头包括用于感测磁场强度并产生相应的电势差信号的霍尔元件、与霍尔元件电连接的信号输出接口，且所述霍尔元件和所述信号输出接口设置于第一电路板上；
[0007]所述处理装置包括用于接收所述电势差信号的信号输入接口、用于对所述电势差信号进行处理以生成与所述电势差信号相关的模拟数据的处理电路、与所述处理电路连接的模拟数据输出接口 ；所述信号输入接口、处理电路和所述模拟数据输出接口设置于第二电路板上；
[0008]所述采集板卡上设置有用于与所述处理电路连接的模拟数据输入接口、用于对所述模拟数据进行A/D转换生成相应的数字数据的A/D转换电路、用于与工控机连接的数字数据输出接口，以传送所述数字数据至所述工控机以进行进一步分析处理。
[0009]在本发明所述的磁场强度检测套件中，包括
[0010]用于连接所述检测探头与所述处理装置的第一连接线缆;及
[0011]用于连接所述处理装置与所述采集板卡的第二连接线缆。
[0012]在本发明所述的磁场强度检测套件中，
[0013]所述第一连接线缆一端与设置于所述第一电路板上的信号输出接口连接、另一端与所述第二电路板上的信号输入接口连接；
[0014]所述第二连接线缆一端与设置于所述第二电路板上的模拟数据输出接口连接、另一端与所述采集板卡上的模拟数据输入接口连接。
[0015]在本发明所述的磁场强度检测套件中，
[0016]所述采集板卡是PCI总线模拟量数据采集卡，其安置在所述工控机底板的PCI插槽上，所述采集板卡的数字数据输出接口与所述PCI插槽对接。
[0017]在本发明所述的磁场强度检测套件中，所述第一电路板安装在弱磁性材料制成的探头底板上，所述第二电路板安装在金属材料制成的固定基板上。
[0018]在本发明所述的磁场强度检测套件中，
[0019]所述处理装置包括:用于为所述处理电路和检测探头提供工作电源的电源转换电路和恒流源电路，其中所述电源转换电路包括直流24V转+/-15V转换电路、+15V转+1OV转换电路、+1OV转+5V转换电路、以及-15V转-5V转换电路。
[0020]在本发明所述的磁场强度检测套件中，所述处理电路包括:
[0021]用于对所述霍尔元件产生的电势差信号进行滤波及放大处理的偏置放大电路；
[0022]用于对偏置放大电路的输出信号的幅值进行调节的幅值可调放大电路;及
[0023]用于对幅值放大电路的输出信号进行差分变换的差分变换电路。
[0024]在本发明所述的磁场强度检测套件中，
[0025]所述+15V转+1V转换电路用于为所述恒流源电路提供工作电压；
[0026]所述+1V转+5V转换电路用于为所述恒流源电路提供基准电压、并为所述偏置放大电路、幅值放大电路和差分变换电路提供正工作电压；
[0027]所述-15V转-5V转换电路用于为所述偏置放大电路、幅值放大电路和差分变换电路提供负工作电压。
[0028]实施本发明的磁场强度检测套件，具有以下有益效果:设置在独立电路板上的霍尔元件产生的电势差信号，经设置在另一独立电路板上的处理电路进行处理后，将表征磁场强度的电势差信号转换成计算机板卡(即采集板卡)所能识别的电压信号，再由采集板卡上的A/D转换电路处理，将表征磁场强度的数字数据送入计算机进行分析。由于检测探头、处理装置和采集板卡三者分离，可实现磁场强度(磁通量)探测、信号处理相分离的功能，便于集成到各种在线的生产和检测设备中，具有灵活度高、易拆装、易集成、可靠性好的优势。
【附图说明】
[0029]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0030]图1是本发明磁场强度检测套件的结构框图；
[0031]图2是本发明磁场强度检测套件中检测探头的结构示意图；
[0032]图3是本发明磁场强度检测套件中处理装置的结构示意图；
[0033]图4是本发明磁场强度检测套件中采集板卡的结构示意图；
[0034]图5是本发明磁场强度检测套件的处理装置中的+15V到+1V转换电路原理图；
[0035]图6是本发明磁场强度检测套件的处理装置中的24V到+/-15V转换电路原理图；
[0036]图7是本发明磁场强度检测套件的处理装置中的-15V到-5V转换电路原理图；
[0037]图8是本发明磁场强度检测套件的处理装置中的+1V到+5V转换电路原理图；
[0038]图9是本发明磁场强度检测套件的处理装置中的恒流源电路原理图；
[0039]图10是本发明磁场强度检测套件的处理装置中的偏置放大电路原理图；
[0040]图11是本发明磁场强度检测套件的处理装置中的幅值可调放大电路原理图；
[0041]图12是本发明磁场强度检测套件的处理装置中的差分转换电路原理图；
[0042]图13是本发明磁场强度检测套件中的霍尔元件工作原理示意图；
[0043]图14是本发明磁场强度检测套件的检测元件测得的磁场强度与产生的电势差的关系图；
[0044]图15a所示是本发明磁场强度检测套件中的霍尔元件的输出信号波形图，及图10中探点a和b间电压波形；
[0045]图15b所示是本发明磁场强度检测套件中的偏置放大电路的输出波形图，及图10中探点c对地电压波形；
[0046]图16a所示是本发明磁场强度检测套件中的幅值放大电路输出波形图，及图11中探点d对地电压波形；
[0047]图16b所示的是本发明磁场强度检测套件中的差分变换电路的输出波形图，及图12中探点e和f分别对地电压波形。
【具体实施方式】
[0048]结合图1-4可知，本发明的磁场强度检测套件包括相互分离地设置在各自独立的电路板上的检测探头1、处理装置2和采集板卡3。
[0049]如图2所示，检测探头I包括用于感测磁场强度并产生相应的电势差信号的霍尔元件12、与霍尔元件电连接(图中未示出)的信号输出接口 17。霍尔元件12和信号输出接口 17设置于第一电路板Ia上，第一电路板Ia安装在弱磁性材料(例如铜、铝等)制成的探头底板Ib上。
[0050]如图3所示，处理装置2包括用于接收电势差信号的信号输入接口27、用于对电势差信号进行处理以生成与电势差信号相关的模拟数据的处理电路21、与处理电路连接的模拟数据输出接口 28。信号输入接口 27、处理电路21和模拟数据输出接口 28设置于第二电路板上2a，第二电路板2a安装在金属材料制成的固定基板2b上。
[0051]如图4所示，采集板卡3上设置有用于与处理电路连接的模拟数据输入接口38、用于对模拟数据进行A/D转换生成相应的数字数据的A/D转换电路、用于与工控机连接的数字数据输出接口，以传送数字数据至工控机以进行进一步分析处理。
[0052]本发明的磁场强度检测套件还包括第一连接线缆7和第二连接线缆8。
[0053]如图2和3所示，第一连接线缆7用于连接检测探头与处理装置。
[0054]如图3和4所示，第二连接线缆8用于连接处理装置与采集板卡。
[0055]其中，第一连接线缆7—端与设置于第一电路板Ia上的信号输出接口17连接、另一端与第二电路板2a上的信号输入接口 27连接。
[0056]第二连接线缆8—端与设置于第二电路板2a上的模拟数据输出接口连接28、另一端与采集板卡3上的模拟数据输入接口 38连接。
[0057]在本发明的一实施例中，采集板卡是PCI总线模拟量数据采集卡，其安置在工控机底板的PCI插槽上，采集板卡的数字数据输出接口与PCI插槽对接。
[0058]再参见图1，处理装置2还包括:用于为处理电路21和检测探头I提供工作电源的电源转换电路23和恒流源电路25。其中电源转换电路23包括直流24V转+/-15V转换电路、+15V转+1V转换电路、+1V转+5V转换电路、以及-15V转-5V转换电路，参见图5-8。其中，图5是本发明磁场强度检测套件的处理装置中的+15V到+1V转换电路原理图；图6是本发明磁场强度检测套件的处理装置中的24V到+/-15V转换电路原理图；图7是本发明磁场强度检测套件的处理装置中的-15V到-5V转换电路原理图；图8是本发明磁场强度检测套件的处理装置中的+1V到+5V转换电路原理图。
[0059]图9是根据本发明一实施例的磁场强度检测套件的处理装置中的恒流源电路原理图。上述+15V转+1V转换电路用于为恒流源电路25提供工作电压，另外，由+ 1V转+5V转换电路为恒流源电路25提供基准电压。恒流源电路为霍尔元件提供工作电压。
[0060]本发明磁场强度检测套件的处理装置中的处理电路21包括:用于对霍尔元件产生的电势差信号进行滤波及放大处理的偏置放大电路;用于对偏置放大电路的输出信号的幅值进行调节的幅值可调放大电路;及用于对幅值放大电路的输出信号进行差分变换的差分变换电路。
[0061]图10是本发明磁场强度检测套件的处理装置中的偏置放大电路一实施例的原理图。偏置放大电路将来自霍尔元件两端的电势差信号进行滤波处理，然后进行放大，偏置电路由图10中R13、R14、R15构成。
[0062]图11是本发明磁场强度检测套件的处理装置中的幅值可调放大电路一实施例的原理图。如图11所示，幅值调节由Rl6、Rl8实现。
[0063]图12是本发明磁场强度检测套件的处理装置中的差分转换电路一实施例的原理图。差分转换电路由U3、Rl7和R22所组的反向放大电路构成。
[0064]上述+1V转+5V转换电路为偏置放大电路、幅值放大电路和差分变换电路提供正工作电压;_/15V转-5V转换电路用于为偏置放大电路、幅值放大电路和差分变换电路提供负工作电压。
[0065]图13是本发明磁场强度检测套件中的霍尔元件工作原理示意图。图14是本发明磁场强度检测套件的检测元件测得的磁场强度与产生的电势差的关系图。如图13所示，在一个截面为定值，通过C1、C2的电流为定值，在C3、C4两端的电势差Vb与该截面法线方向的磁场强度B成正比，如图14所示。
[0066]图15a所示的波形I是本发明磁场强度检测套件中的霍尔元件的输出信号波形图，及图1O中探点a和b间电压波形。
[0067]图15b所示的波形2是本发明磁场强度检测套件中的偏置放大电路(图10所示)的输出波形图，及图10中探点c对地电压波形。
[0068]图16a所示的波形3是本发明磁场强度检测套件中的幅值放大电路(图11所示)输出波形图，及图11中探点d对地电压波形。
[0069]图16b所示的波形4是本发明磁场强度检测套件中的差分变换电路(图12所示)的输出波形图，及图12中探点e和f分别对地电压波形。
[0070]以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。
【主权项】
1.一种磁场强度检测套件，其特征在于，包括相互分离地设置在各自独立的电路板上的检测探头(1)、处理装置(2)和采集板卡(3)，其中: 所述检测探头(I)包括用于感测磁场强度并产生相应的电势差信号的霍尔元件(12)、与霍尔元件电连接的信号输出接口(17)，且所述霍尔元件(12)和所述信号输出接口(17)设置于第一电路板(Ia)上； 所述处理装置(2)包括用于接收所述电势差信号的信号输入接口(27)、用于对所述电势差信号进行处理以生成与所述电势差信号相关的模拟数据的处理电路(21)、与所述处理电路连接的模拟数据输出接口(28);所述信号输入接口(27)、处理电路(21)和模拟数据输出接口(28)设置于第二电路板(2a)上； 所述采集板卡(3)上设置有用于与所述处理电路连接的模拟数据输入接口(38)、用于对所述模拟数据进行A/D转换生成相应的数字数据的A/D转换电路、用于与工控机连接的数字数据输出接口，以传送所述数字数据至所述工控机以进行进一步分析处理。2.根据权利要求1所述的磁场强度检测套件，其特征在于，包括 用于连接所述检测探头与所述处理装置的第一连接线缆(7);及 用于连接所述处理装置与所述采集板卡的第二连接线缆(8)。3.根据权利要求2所述的磁场强度检测套件，其特征在于， 所述第一连接线缆(7)—端与设置于所述第一电路板上的信号输出接口(17)连接、另一端与所述第二电路板上的信号输入接口(27)连接； 所述第二连接线缆(8) —端与设置于所述第二电路板上的模拟数据输出接口连接(28)、另一端与所述采集板卡上的模拟数据输入接口( 38)连接。4.根据权利要求1所述的磁场强度检测套件，其特征在于， 所述采集板卡是PCI总线模拟量数据采集卡，其安置在所述工控机底板的PCI插槽上，所述采集板卡的数字数据输出接口与所述PCI插槽对接。5.根据权利要求1所述的磁场强度检测套件，其特征在于，所述第一电路板(Ia)安装在弱磁性材料制成的探头底板(Ib)上，所述第二电路板(2a)安装在金属材料制成的固定基板(2b)上。6.根据权利要求1所述的磁场强度检测套件，其特征在于， 所述处理装置(2)包括:用于为所述处理电路(21)和检测探头(I)提供工作电源的电源转换电路(23)和恒流源电路(25 )，其中所述电源转换电路(23)包括直流24V转+/-15V转换电路、+15V转+1OV转换电路、+1OV转+5V转换电路、以及-15V转-5V转换电路。7.根据权利要求6所述的磁场强度检测套件，其特征在于，所述处理电路(21)包括: 用于对所述霍尔元件产生的电势差信号进行滤波及放大处理的偏置放大电路； 用于对偏置放大电路的输出信号的幅值进行调节的幅值可调放大电路;及 用于对幅值放大电路的输出信号进行差分变换的差分变换电路。8.根据权利要求7所述的磁场强度检测套件，其特征在于， 所述+15V转+1V转换电路用于为所述恒流源电路(25)提供工作电压； 所述+1V转+5V转换电路用于为所述恒流源电路(25)提供基准电压、并为所述偏置放大电路、幅值放大电路和差分变换电路提供正工作电压； 所述-15V转-5V转换电路用于为所述偏置放大电路、幅值放大电路和差分变换电路提供负工作电压。
【文档编号】G01R33/07GK105866714SQ201610325455
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】张金翼
【申请人】深圳市智信精密仪器有限公司