地磁水平分量动态监控装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，包括：线圈、悬挂装置、扭转放大装置、监控装置，线圈通过悬挂装置悬挂在空中，并在通电后在地磁作用下扭转，扭转放大装置将线圈的扭转角度进行显示放大，监控装置监控扭转放大装置显示结果，处理后得到动态的地磁水平分量。本实用新型专利技术的地磁水平分量动态监控装置运用了力学、光学以及计算机处理图片的技术，时时刻刻可以精确地反映出地磁水平分量的大小，成功地对地磁水平分量的大小进行了动态监控。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种监控装置，具体涉及一种地磁水平分量动态监控装置，本技术属于物理检测仪器领域。
技术介绍
由于地磁水平分量较小，普通的特斯拉计难以检测，目前的一些测量地磁水平分量的装置都只能停留在测量大小方面，而且装置成本都比较高，市场上没有动态监控地球磁场水平分量的装置。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种地磁水平分量动态监控装置，以解决现有技术只能测量地磁水平分量的大小、装置成本较高的技术问题。为了实现上述目标，本技术采用如下的技术方案：地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，包括：线圈、悬挂装置、扭转放大装置、监控装置，线圈通过悬挂装置悬挂在空中，并在通电后在地磁作用下扭转，扭转放大装置将线圈的扭转角度进行显示放大，监控装置监控扭转放大装置显示结果，处理后得到动态的地磁水平分量。前述的地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，在线圈未通电时，线圈平面的法向与地磁水平方向垂直。前述的地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，通过指南针确定线圈的初始平衡位置。前述的地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，所述悬挂装置包括悬挂导线、固定端，所述悬挂导线一端连接固定端，另一端连接线圈。前述的地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，悬挂导线包括第一悬挂导线、第二悬挂导线，固定端包括固定顶端、固定底端，线圈包括相对的两端，第一悬挂导线的一端连接固定顶端，第一悬挂导线的另一端连接线圈的一端，第二悬挂导线的一端连接固定底端，第一悬挂导线的另一端连接线圈的另一端。前述的地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，所述扭转放大装置包括反射镜组件、光屏、光点产生装置，光电产生装置产生的光点打在反射镜组件上，并通过反射镜组件显示在光屏上，反射镜组件与线圈相连，并跟随线圈扭转而扭转。前述的地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，所述反射镜组件包括第一反射镜、第二反射镜，所述第一反射镜与线圈固定连接，光电产生装置产生的光点通过第一反射镜反射到第二反射镜上，再通过第二反射镜反射显示到光屏上。前述的地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，所述监控装置包括摄像机、计算机系统，摄像机连接计算机系统，摄像机拍摄光点照片后将照片传输给计算机系统，由计算机系统处理后得到动态的地磁水平分量。本技术的有益之处在于：本技术的地磁水平分量动态监控装置运用了力学、光学以及计算机处理图片的技术，时时刻刻可以精确地反映出地磁水平分量的大小，成功地对地磁水平分量的大小进行了动态监控。附图说明图1是本技术地磁水平分量动态监控装置的一个优选实施的结构示意图；图2是本技术地磁水平分量动态监控装置反射路径的几何模型；图3是本技术地磁水平分量动态监控装置用matlab处理图片的技术，计算出每张图片中光点的位置，绘制出光点位移与时间的曲线光点位移与时间的曲线。图中附图标记的含义：1、线圈，2、第一悬挂导线，3、第二悬挂导线，4、固定顶端，5、固定底端，6、第一反射镜，7、第二反射镜，8、光屏，9、光点产生装置，10、摄像机，11、外箱。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术作具体的介绍。参照图1所示，本技术地磁水平分量动态监控装置，包括：线圈1、悬挂装置、扭转放大装置、监控装置，线圈1通过悬挂装置悬挂在空中，并在通电后在地磁作用下扭转，扭转放大装置将线圈1的扭转角度进行显示放大，监控装置监控扭转放大装置显示结果，处理后得到动态的地磁水平分量。线圈1、悬挂装置、扭转放大装置、监控装置均可以设置在外箱11内,外箱能够减少外界因素对线圈1、悬挂装置、扭转放大装置、监控装置的干扰。使得监控更为精确。这些外界因素可以是空气扰动、外力振动等。下面介绍本技术的应用原理。(1)圆轴扭转我们以一根铜丝为例，当其发生圆轴扭转时，若最大剪应力不超过材料的比例极限，其扭转角公式：其中，Mx是铜丝横截面上的扭矩，L是铜丝的长度，G是铜丝的剪切模量，Ip是横截面对截面形心极惯性矩，横截面是圆形。若铜丝转动一个角度θ，则铜丝最下端横截面上的扭矩为: M = θGi p L ; ]]>定义扭矩系数 k = GI p L , ]]>则有：M＝kθ。(2)地磁水平分量计算公式我们用两根铜丝把一个线圈1固定住，保证线圈1的转动角度等于铜丝的扭转角度，铜丝与外界的电源相连接。初始时刻把线圈1平面的法向与地磁水平方向垂直。在初始时刻，使线圈平面的法向与地磁水平分量垂直，不通电流时，线圈1系统受到重力和铜丝的拉力，处于静止，将此时线圈1所处的位置称为初始平衡位置。确定线圈1的初始平衡位置时借助于一个指南针。我们给线圈1通电流，线圈1会受到地磁水平分量的施加磁力矩，因为线圈1转动时带动了铜丝的扭转，所以线圈1同时会受到铜丝施加的反向扭矩。线圈1最后在两个力矩的作用下平衡，线圈1静止后，偏离初始平衡位置的一个角度。我们根据线圈1的受力平衡推导出地磁水平分量的计算公式： B = k θ N I S c o s θ ; ]]>其中，k是材料的扭矩系数，N是线圈1的匝数，I是线圈1所通的电流，θ是线圈1偏离初始平衡位置的角度，s是线圈1所围成的面积。(3)θ的测量放大部分：由于线圈1在最后静止时，偏离初始平衡位置的角度较小，不易测量，我们在装置中加入了一个激光放大的部分，在线圈1的内部固定了一个反射镜，将测量线圈1的转动的角度转化到了测量激光光点的移动距离。图2是我们激光反射路径的几何模型。根据余弦定理和正弦定理，推导出转角与光点移动距离的转换公式：监控部分：我们已经将线圈1的转动转换成了光点的移动，只要测量出线圈1移动的距离就可以推算出线圈1转动的角度，首先不通电流，让线圈1自由转动，然后通电流，让线圈1转动，我们用摄像头对光点的移动进行每隔0.02s拍照，并用matlab处理图片的技术，计算出每张图片中光点的位置，绘制出光点位移与时间的曲线，如图3：不通电流时，光点位移近似为简谐运动，在平衡位置左右移动，通电流后，光点的位移也近似为简谐运动，在一个新的平衡位置左右移动，图中的横线是线圈1的两个平衡位置。我们计算出线圈1的两个平衡位置的像素差，然后将像素差转变为实际中两个平衡位置的距离，再代入距离与转角的计算公式，得到转角大小。动态转变：初始时，不给线圈1通电流，使其转动，摄像头拍摄光点，matlab计算出它的初始平衡位置，接着通电流，计算出新的平衡位置，摄像机10每0.02s拍一张照片，matlab处理图片，计算出一个平衡位置点，得到一次新的平衡位置偏离原来平衡位置的角度，转角有了之后，代入到地磁水平分量的计算公式当中，得到地磁水平分本文档来自技高网...

【技术保护点】
地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，包括：线圈、悬挂装置、扭转放大装置、监控装置，线圈通过悬挂装置悬挂在空中，并在通电后在地磁作用下扭转，扭转放大装置将线圈的扭转角度进行显示放大，监控装置监控扭转放大装置显示结果，处理后得到动态的地磁水平分量。

【技术特征摘要】
1.地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，包括：线圈、悬挂装置、扭转放大装置、监控装置，线圈通过悬挂装置悬挂在空中，并在通电后在地磁作用下扭转，扭转放大装置将线圈的扭转角度进行显示放大，监控装置监控扭转放大装置显示结果，处理后得到动态的地磁水平分量。2.根据权利要求1所述的地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，在线圈未通电时，线圈平面的法向与地磁水平方向垂直。3.根据权利要求2所述的地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，通过指南针确定线圈的初始平衡位置。4.根据权利要求3所述的地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，所述悬挂装置包括悬挂导线、固定端，所述悬挂导线一端连接固定端，另一端连接线圈。5.根据权利要求4所述的地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，悬挂导线包括第一悬挂导线、第二悬挂导线，固定端包括固定顶端、固定底端，线圈包括相对的两端，第一悬挂导线的一端连接固定顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雅男，孙杰，王彦昭，张震，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32