新型微弱磁场测量仪制造技术

本实用新型专利技术提供一种新型微弱磁场测量仪，线圈通电时在磁场中受力偏转，偏转过程中带动劈尖的上下玻璃板相对转动使劈尖的角度改变，从而使干涉条纹产生变化。摄像装置记录经过读数显微镜放大后的干涉条纹和条纹的变化过程，并将记录的干涉条纹图像传给计算机，在计算机上安装的Imagej软件用来接收图像，并分析出干涉条纹的间距，再利用计算机上编写的软件分析干涉条纹的间距变化从而得出磁感应强度。本实用新型专利技术应用了光学放大原理，受材料性能和环境温度等因素影响较小，测量精度和灵敏度高，可以测量到10

【技术实现步骤摘要】
新型微弱磁场测量仪
本技术属于微弱磁场测量
，特别涉及一种基于劈尖干涉原理的微弱磁场测量仪。
技术介绍
传统测量磁场的仪器中有利用通电线圈在磁场中受力偏转为原理制成的磁场测量仪，但是精确度不高，其他的测量方法如霍尔效应测量磁场，霍尔元件的制造工艺高，并且受温度影响大。
技术实现思路
为了精确测量磁场强度，本技术提供一种新型微弱磁场测量仪。为了实现上述目的，其技术解决方案为：一种新型微弱磁场测量仪，包括箱体、弹簧、线圈、电流供给装置、劈尖装置、钠光灯、支撑台、读数显微镜、摄像装置、计算机，所述电流供给装置电气连接线圈，线圈通过所述弹簧连接到箱体上，线圈设置在箱体内的支架上并可绕该支架转动，线圈与劈尖装置的上板接触连接，劈尖装置的下板固定在所述支撑台上，劈尖装置的上板与下板转动连接，所述钠光灯产生的定波长的光照射在劈尖装置上，所述读数显微镜设置在支撑台上，其物镜对准劈尖装置、目镜上设置所述摄像装置，摄像装置连接至计算机。线圈通电时在磁场中受力偏转，偏转过程中带动劈尖装置的上玻璃板转动使劈尖的角度改变，从而使干涉条纹产生变化。摄像装置记录经过读数显微镜放大后的干涉条纹和条纹的变化过程，并将记录的干涉条纹图像传给计算机，在计算机上安装的Imagej软件用来接收图像，并分析出干涉条纹的间距，再利用计算机上编写的软件分析干涉条纹的间距变化从而得出磁感应强度。进一步，线圈通过设置在线圈上的指针与劈尖装置的上板接触。线圈转动时通过指针带动劈尖装置的上玻璃板转动从而改变劈尖的角度。进一步，支撑台为高度可调节的升降台。通过调节升降台的高度使得线圈的指针和劈尖的上玻璃相接触。本技术应用了光学放大原理，受材料性能和环境温度等因素影响较小，测量精度和灵敏度高，可以测量到10-4T的微弱磁场，而且可连续测量。另外装置所需材料容易得到，使装置生产制作更加容易。附图说明图1为本技术的结构示意图。图2为本技术中涉及的电流供应装置原理图。图3为本技术中涉及的矩形线圈在磁场中的受力情况。图4为本技术中涉及的劈尖干涉原理图。图5为本技术中涉及的干涉条纹图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。如图1所示，本技术提供一种新型微弱磁场测量仪，包括箱体1、线圈3、电流供给装置4、劈尖装置5、钠光灯6、支撑台7、读数显微镜8、摄像装置9、计算机10。电流供给装置4由铅蓄电池、电阻和导线串联而成给线圈3提供恒定的直流电流，参见图2。铅蓄电池的额定电压为12V，定值电阻为10Ω。线圈的电阻很小可忽略不计，由一千匝数的漆包线绕成。线圈3可为矩形线圈，其边长1.67cm，面积为2.79cm2、设置在箱体1内的支架11上并可绕该支架转动，线圈3与劈尖装置5的上板接触，劈尖装置5的下板固定在所述支撑台7上，劈尖装置5的上板与下板为可微小转动的平板玻璃，钠光灯6连接220V电源、产生的定波长的光照射在劈尖装置5上。线圈3通电时在磁场的作用下产生微小偏转，并带动劈尖装置5的上板相对下板转动，使劈尖夹角改变，从而使干涉条纹发生变化。在一种优选的实施例中，线圈3与劈尖装置5可通过设置在线圈上的指针12接触连接。该指针可为刚性铁丝，铁丝一段固定在矩形线圈的中间，另一段与劈尖装置5的平板接触连接，铁丝随着线圈3转动的过程中改变劈尖夹角，从而使干涉条纹发生变化。为了便于线圈3的指针与劈尖装置5接触，支撑台7为升降台。由于线圈通电之后偏转角度会比较大，为了削减偏转角度，在线圈3与箱体1之间设有弹簧2。弹簧2弹性模量大致为1—3N.m，一端固定在箱体1上，另一端勾住线圈3，线圈3转动时，弹簧2在线圈3上产生一个回复力矩和安培力产生的力矩抵消。为了放大和观察干涉条纹的变化，将放大倍率为30倍的读数显微镜8设置在支撑台7上，其物镜对准劈尖装置5、目镜上设置所述摄像装置9，摄像装置9通过USB线连接至计算机10，摄像装置记录经过读数显微镜放大后的干涉条纹和条纹的变化过程，并将记录的干涉条纹图像传给计算机，在计算机上安装的Imagej软件用来接收图像，并分析出干涉条纹的间距，再利用计算机上编写的软件根据干涉条纹的间距变化计算磁感应强度。磁感应强度计算过程如下所示：1、矩形线圈(内嵌轻质玻璃板)在磁场中受到安培力，如图3安培力大小:F＝BIa，力矩M＝NBIS。若磁场平行于线圈则线圈产生的力矩M＝NBIS。其中N为线圈匝数，B磁场强度，S为线圈面积，I为通过线圈的电流，a为线圈一边的长度。2、线圈下方放置与水平方向平行的玻璃板，线圈在无外加磁场时设置为与水平方向夹角θ1，玻璃板与线圈形成空气劈尖。外加磁场后，线圈偏转，支承它的张丝发生扭曲变形，同时产生与电磁力矩方向相反的弹性回复力矩(由文献知该力矩与线圈偏转角成正比)。当这两个力矩大小相等时，线圈不再偏转而处于平衡位置，此时线圈与水平方向夹角为θ2。因为磁场强度很小，所以偏转的角度Δθ很小，于是应用光学中干射条纹的放大作用。3、玻璃板在偏转前后分别与下方玻璃板之间就形成了一个空气劈尖(中间空气层等厚线是一组平等于交棱直线)。如图4当一束平行单色光垂直入射时，由空气层上下表面反射的光将在空气层上表面处发生干涉，形成一组平等于交棱的明暗相间、等间距的直条纹如图5所示。相干干涉的条件为:2nd+λ/2＝jλ(j＝1,2,3...)①相邻两条两条纹对应的薄膜厚度差Δd＝d2-d1＝λ/2②由式①②得条纹间距与相应的厚度变化之间的关系当钠光灯照在空气劈间时，产生的条纹如图5。选取长度为L的一段距离，通过读数显微镜读出这段距离内包含的条纹数n，读数显微镜的放大系数为MT。得到Δx的表达式如下：Δx＝L/nMT再通过上述公式得出tanθ，进一步得出θ4、弹簧的弹性回复力与弹性形变Δx成正比F＝kΔx线圈偏转时带动系在线圈上的弹簧运动，因为线圈运动的Δθd角度极小，此时线圈的弧形路径可以转变为弹簧的直线位移形变，根据库克定律，此时弹簧受的力就可以用上式求出F＝k×d/2×Δθd其中d为矩形线圈的长度于是弹簧的形变产生的弹性力在线圈上产生的力矩为：由原理知线圈转动前的角度和转动后的角度：θ1＝arctan(λn1MT/2L)θ2＝arctan(λn2MT/2L)线圈中心到接触劈尖玻璃的部分指针的长度为l1，劈尖玻璃的长度为l2。指针与劈尖玻璃平面的夹角为θs，则指针微小角度转动时，位移s可以分解为垂直于劈尖玻璃方向s1和平行于劈尖玻璃方向两个方向的位移s2：s1＝scosθss2＝ssinθs指针位移垂直于劈尖玻璃平面的分量s1与劈尖玻璃的发生微小转动的位移Δx是相等的，因为劈尖玻璃是绕着中心位置微小转动，即：指针与劈尖玻璃接触点的位移s为：s＝l1Δθd由上两式知，劈尖转动角度和线圈转动角度的关系为：所以弹簧的力F为代入然后再代入M＝NBIS求出磁场强度B本技术应用了光学放大原理，受材料性能和环境温度等因素影响较小，提高了测量精度，可以测量到10-4T的微弱磁场，而且可连续测量。另外装置所需材料容易得到，使装置生产制作更加容易。本技术所涉及到的方法或软件均为现有技术，不属于本技术的创新内容，本技术只对硬件进行改进与创新。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型微弱磁场测量仪，其特征在于：包括箱体(1)、弹簧(2)、线圈(3)、电流供给装置(4)、劈尖装置(5)、钠光灯(6)、支撑台(7)、读数显微镜(8)、摄像装置(9)、计算机(10)，所述电流供给装置(4)电气连接线圈(3)，该线圈(3)设置在箱体(1)内的支架(11)上并可绕该支架转动，线圈(3)通过所述弹簧(2)连接到箱体(1)上，线圈(3)与劈尖装置(5)的上板接触连接，劈尖装置(5)的下板固定在所述支撑台(7)上，劈尖装置(5)的上板与下板转动连接，所述钠光灯(6)产生的定波长的光照射在劈尖装置(5)上，所述读数显微镜(8)设置在支撑台(7)上，其物镜对准劈尖装置(5)、目镜上设置所述摄像装置(9)，摄像装置(9)连接至计算机(10)。

【技术特征摘要】
1.一种新型微弱磁场测量仪，其特征在于：包括箱体(1)、弹簧(2)、线圈(3)、电流供给装置(4)、劈尖装置(5)、钠光灯(6)、支撑台(7)、读数显微镜(8)、摄像装置(9)、计算机(10)，所述电流供给装置(4)电气连接线圈(3)，该线圈(3)设置在箱体(1)内的支架(11)上并可绕该支架转动，线圈(3)通过所述弹簧(2)连接到箱体(1)上，线圈(3)与劈尖装置(5)的上板接触连接，劈尖装置(5)的下板固定在所述支撑台(7)上，劈尖...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘时康，魏然，王苏云，陈曦，王辉，曹安，杨志昆，邹曼，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42