一种数字式磁场扫描成像装置的制作方法

本实用新型涉及一种数字式磁场扫描成像装置。

背景技术：

随着电子技术的高频化发展以及手机、电脑等产品电子产品的盛行，它们所带来的电磁场辐射问题越来越受到人们的关注，民用的电磁场检测仪器成为了一种市场需求。现有的电磁场检测设备大部分都是国外进口，一般的电磁场检测设备采用光纤作为信号传输的媒介。但是由于光纤传输设计的光电转换设备比较昂贵，不利于电磁场检测设备的市场化。另一方面，电磁场检测设备也可以采用导线与电脑进行通信，但是电缆上的信号容易受到电磁场的干扰，使得测量不准确。

申请号201110061791.5的专利公开了一种三维磁场扫描系统，主要包括采集单元、信号转化单元、处理单元和显示单元；采集单元采用三个磁感线圈构成球形传感器采集电流信号；信号转换单元完成信号放大、滤波和模数转换；处理单元为计算机系统的处理模块；显示单元为计算机的显示屏，用导线将信号转换单元与处理单元相连完成数据处理和数据显示；该发明能够计算出一个空间磁场在空间中（X,Y,Z）三个方向分量上的分布状况，将其通过计算机图形技术展示处理。

申请号201611160572.1的专利公开了一种多模型磁场扫描系统，主要包括探头移动滑轨、磁场探头、载物台、运动模块支撑架和感生磁场模型；磁场探头为单霍尔片结构或者三霍尔片结构；感生磁场模型可以是永磁体、电生磁单元等；该发明可以实现磁场探头与载物台的相对三维运动，对感生磁场模块进行磁场检测，并通过电脑进行显示。

申请号201410669474.5的专利公开了一种基于霍尔传感器的平面磁场扫描成像系统，主要包括三维机械系的位移平台、基于STM32的下位机控制器、霍尔传感器原理、差分放大电路、数据采集卡、上位机和恒流源等；该发明将待测构件连接恒流源放置于三维机械平台上的样件台上，启动三维机械平台和霍尔传感器模块，设定运动平台的参数，通过数据采集卡将传感器采集的数据发送给上位机，通过上位机显示待测样件表面磁场分布的扫描图像。

现有技术主要有两个方面的缺点：1、三维传感器探头采用三个磁传感器进行探头的设计，三个磁传感器分别布置于X，Y，Z轴方向，用于采集三个方向上的磁场分量。三传感器的非对称布置会造成输出信号零漂大，导致探头的测量精度下降；2、下位机与上位机之间的通信采用导线连接，由于导线直接置于待测样件产生的磁场环境中，使得导线上的信号易受到电磁场的干扰，降低了测量的准确性。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、测量精度高的数字式磁场扫描成像装置。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种数字式磁场扫描成像装置，包括底座、载物台、运动支撑架、三维传感器探头、电源模块、Y轴方向滑轨、X轴方向滑轨、Z轴方向滑轨，所述底座内设有Y轴方向滑轨和电源模块，电源模块为整个装置提供工作电源，底座上设有载物台，载物台可滑动设置在Y轴方向滑轨上，所述运动支撑架位于载物台上方，运动支撑架底部固定在底座上，运动支撑架两侧对称设置两个Z轴方向滑轨，所述载物台上方水平设有X轴方向滑轨，X轴方向滑轨的两端设有基座Ⅱ，基座Ⅱ可滑动设置在两个Z轴方向滑轨上，X轴方向滑轨上可滑动设置基座Ⅰ，所述三维传感器探头固定安装在基座Ⅰ上，所述运动支撑架上设有下位机，三维传感器探头的信号输出端与下位机相连。

上述数字式磁场扫描成像装置，所述三维传感器探头用于三维磁场数据的采集，采用A3515表贴线性霍尔传感器作为磁传感器，三维传感器探头的基体为正六面体，基体上采用差动对称布置6个表贴线性霍尔传感器，每两个表贴线性霍尔传感器为一组，一正一反分别贴于正六面体相对的面上，每个维度的表贴线性霍尔传感器互成90°排列，在三维传感器探头的X、Y、Z轴线上对称分布，与O点等距；相互成对的表贴线性霍尔传感器背对放置，且上下反向，从而保证两个表贴线性霍尔传感器输出正好反向，差动输出，即传感器测量输出为两个表贴线性霍尔传感器之和。

上述数字式磁场扫描成像装置，所述载物台由上下两层构成，上下层之间通过弹簧螺丝固定；载物台上层为铝制无磁板用于放置待测样件；载物台下层为铝制无磁板并装配有滑块及Y轴方向伺服驱动电机，在Y轴方向伺服电机的驱动下，载物台在Y轴方向滑轨上运动。

上述数字式磁场扫描成像装置，所述下位机包括信号调理电路、A/D转换电路、控制器、看门狗电路、蓝牙模块和缓冲区，所述信号调理电路的输入端与三维传感器探头的输出端相连，信号调理电路的输出端与A/D转换电路的输入端相连，A/D转换电路的输出端与控制器相连，控制器分别与看门狗电路、蓝牙模块、缓冲区连接，调理放大电路对三维传感器探头输出的电信号进行滤波、放大后送入A/D转换电路，A/D转换电路将电信号转换成数字信号后输入控制器，控制器通过蓝牙模块将信号输送到上位机中。

上述数字式磁场扫描成像装置，所述控制器采用意法半导体公司ARM芯片STM32F103，STM32F103采用可变静态存储控制器与A/D转换电路交互信息，实现对数字信号的处理；STM32F103通过直接存储器访问方式将信息送到缓冲区，通过串行接口与看门狗电路、存储器通信。

上述数字式磁场扫描成像装置，待测样件为永磁体或者导电材料，为永磁体时待测样件放置于载物台直接进行磁场测量，为非永磁体的导电材料材料时在待测样件的两端加上恒流源。

上述数字式磁场扫描成像装置，所述基座Ⅰ上设有用于驱动基座Ⅰ在X轴方向滑轨上滑动的X轴方向伺服电机，所述基座Ⅱ上设有用于驱动X轴方向滑轨两端的基座Ⅱ在Z轴方向滑轨上滑动的Z轴方向伺服电机。

上述数字式磁场扫描成像装置，所述蓝牙模块采用HC-05无线蓝牙模块，用于短距离和点对点的无线数据传输和接收，通讯距离为10米，所述蓝牙模块与下位机之间采用串口通信，蓝牙模块的VCC管脚接3.3V电源，GND管脚接地，蓝牙模块的TXD管脚和RXD管脚分别连接控制器的串行输入管脚和串行输出管脚，蓝牙模块上配置的KEY管脚和LED管脚均连接到控制器的并行IO管脚，蓝牙模块的LED管脚接到控制器的并行IO管脚，用于监测蓝牙模块的配对状态，当输入为高电平时LED亮，说明配对成功，当输入为低电平时LED不亮，说明配对失败。

上述数字式磁场扫描成像装置，底座采用全铝合金结构。

上述数字式磁场扫描成像装置，所述底座上设有LCD显示屏，LCD显示屏与下位机连接。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型以三维磁场扫描装置的三维机械运动平台为载体，以差动式传感器探头为磁场扫描装置，上位机通过蓝牙无线通信实现对下位机的运动控制，使得磁场扫描系统能够在待测样件的表面完成高精度、快速的磁场扫描，并可以在LCD和上位机实时显示磁场波形图。

2、本实用新型采用差动布置霍尔传感器，主要有两个优点：（1）差动输出方式可以抵消传感器零点的基准电压，使得相当对零点为0V，测量结果更加准确。（2）差动方式布置霍尔传感器使得输出信号的零漂小，同时有效地减少了因测试环境温度变化所带来的温度误差。

3、本实用新型的下位机与跟电脑或手机之间采用蓝牙无线通讯，避免了电磁干扰带来的测量误差，有效提高了系统测量的准确性。

4、本实用新型采用ARM微控制器和上位机相配合，具备较强的数据处理能力和较好的实时特性，能够即时显示磁场的测量结果。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1中三维传感器探头的结构示意图。

图3为本实用新型的电路原理图。

图4为图3中控制器ARM的电路图。

图5为图3中蓝牙模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种数字式磁场扫描成像装置，包括底座6、载物台3、运动支撑架10、三维传感器探头1、电源模块4、LCD显示屏5、Y轴方向滑轨7、X轴方向滑轨8、Z轴方向滑轨9、下位机2，所述底座6采用全铝合金结构，底座6内设有Y轴方向滑轨7和电源模块4，电源模块4为整个装置提供工作电源，底座6上设有载物台3，载物台3可滑动设置在Y轴方向滑轨7上，所述运动支撑架10位于载物台3上方，运动支撑架10底部固定在底座6上，运动支撑架10两侧对称设置两个Z轴方向滑轨9，所述载物台3上方水平设有X轴方向滑轨8，X轴方向滑轨8的两端设有基座Ⅱ12，基座Ⅱ12可滑动设置在两个Z轴方向滑轨9上，X轴方向滑轨8上可滑动设置基座Ⅰ11，所述三维传感器探头1固定安装在基座Ⅰ11上，检测待测样件在X、Y、Z三个方向的磁场强度；所述运动支撑架10上设有下位机2，三维传感器探头1的信号输出端与下位机2相连。所述基座Ⅰ11上设有用于驱动基座Ⅰ11在X轴方向滑轨8上滑动的X轴方向伺服电机，所述基座Ⅱ12上设有用于驱动基座Ⅱ12在Z轴方向滑轨9上滑动的Z轴方向伺服电机。

如图2所示，所述三维传感器探头1用于三维磁场数据的采集，采用A3515表贴线性霍尔传感器13作为磁传感器，三维传感器探头1的基体为6mm×6mm×6mm的正六面体，基体上采用差动对称布置6个表贴线性霍尔传感器13，每两个表贴线性霍尔传感器13为一组，一正一反分别贴于正六面体相对的面上，每个维度的表贴线性霍尔传感器13互成90°排列，在三维传感器探头1的X、Y、Z轴线上对称分布，与O点等距；相互成对的表贴线性霍尔传感器13背对放置，且上下反向，从而保证两个表贴线性霍尔传感器13输出正好反向，差动输出，即传感器测量输出为两个表贴线性霍尔传感器13之和。

所述载物台3由上下两层构成，上下层之间通过弹簧螺丝固定；载物台3上层为铝制无磁板用于放置待测样件，待测样件为永磁体或者导电材料，为永磁体时待测样件放置于载物台3直接进行磁场测量，为非永磁体的导电材料材料时在待测样件的两端加上恒流源；载物台3下层为铝制无磁板并装配有滑块及Y轴方向伺服驱动电机，在Y轴方向伺服电机的驱动下，载物台3在Y轴方向滑轨7上运动。

如图3所示，所述下位机2包括信号调理电路、A/D转换电路、控制器、看门狗电路、蓝牙模块和缓冲区，所述信号调理电路的输入端与三维传感器探头1的输出端相连，信号调理电路的输出端与A/D转换电路的输入端相连，A/D转换电路的输出端与控制器相连，底座6上设有LCD显示屏5，控制器分别与看门狗电路、蓝牙模块、缓冲区、LCD显示屏5、EEPROM连接，调理放大电路对三维传感器探头1输出的电信号进行滤波、放大后送入A/D转换电路，A/D转换电路将电信号转换成数字信号后输入控制器，控制器通过蓝牙模块将信号输送到上位机中。

如图4所示，所述控制器采用意法半导体公司ARM芯片STM32F103，STM32F103采用可变静态存储控制器（FSMC）与A/D转换电路交互信息，实现对数字信号的处理；STM32F103通过直接存储器访问方式（DMA）将信息送到缓冲区，通过串行接口（SPI）与看门狗电路、存储器EEPROM通信。STM32F103将磁场数据通过LCD显示屏5显示，并采用蓝牙模块与上位机进行无线通讯。

如图5所示，所述蓝牙模块采用HC-05无线蓝牙模块，用于短距离和点对点的无线数据传输和接收，通讯距离为10米，蓝牙模块可以跟电脑或者手机实现蓝牙无线通讯，将磁场测量数据传输到电脑或者手机上，实时监测被测磁场强度。所述蓝牙模块与下位机2之间采用串口通信，蓝牙模块的VCC管脚接3.3V电源，GND管脚接地，蓝牙模块的TXD管脚和RXD管脚分别连接控制器的串行输入管脚和串行输出管脚，蓝牙模块上配置的KEY管脚和LED管脚均连接到控制器的并行IO管脚，蓝牙模块的LED管脚接到控制器的并行IO管脚，用于监测蓝牙模块的配对状态，当输入为高电平时LED亮，说明配对成功，当输入为低电平时LED不亮，说明配对失败。

需要说明的是，具体实施方式中描述的内容只是本申请的一个实施例，在不脱离本实用新型实质精神的前提下所进行的修改均应属于本实用新型的保护范围，比如将霍尔传感器13用磁阻传感器、电磁传感器和磁光传感器代替；将蓝牙模块用其他的短距离无线通信技术代替，比如Zigbee技术、无线局域网（Wi-Fi）技术和GPS技术等。