基于磁致伸缩原理的便携式交变磁场测量仪制造技术

本发明专利技术涉及一种测量技术领域的基于磁致伸缩原理的便携式交变磁场测量仪，其中：至少一根磁致伸缩合金棒通过弹性体接在压电片上，导电片接合在压电片的下面，磁致伸缩合金棒暴露在空气中，接触环固定在测量仪外壳底部，导电片的引出端分别和测量仪外壳底部的导线连接导通，而导线分别与两个接触环接触，接触环上引出电压信号线接入测量显示电路；测量显示电路由电压放大器、控制器组成，电压放大器的输入端连接接触环，电压放大器的输出端连接到控制器，控制器上连接有Ａ／Ｄ转换模块、电源管理模块、液晶显示模块以及按键模块。本发明专利技术可以将尺寸降低到毫米级的、既有很好的灵敏度，又有很好的温度稳定性和大的测量范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量
的仪器，具体地说，涉及的是一种基于磁致伸 缩原理的便携式交变磁场测量仪。
技术介绍
现有的测量交变磁场的方法基本有两种。 一种是利用感应法测量交变磁场 (线圈式)。在亥姆霍兹线圈上通以交变电流，利用亥姆霍兹线圈中的探测线圈 所产生的感应电动势，通过计算求得在亥姆霍兹线圈某点的磁场强度。探测线圈 法线方向与亥姆霍兹线圈轴线的夹角不同时，其感应电动势的幅值&也不同， 其大小与cosP成正比。其测量范围可达到7.96 7.96xl0^/w。另一种是利用 霍尔元件测量交变磁场(霍尔式)。根据霍尔效应可知，若霍尔元件灵敏度和控 制电流一定，霍尔电压和所在磁场成正比。通过测量霍尔元件上的电压来计算霍 尔元件所在磁场的磁场强度。其测量范围为79.6 7.96x104^4/^。但线圈式和霍 尔式都有很大的不足之处。线圈式尺寸不能做到很小，而且讯号的灵敏度和所测 频率相关，不容易线性显示；霍尔式的温度稳定性很差，而且测量范围较小，价 格也相对较高。经对现有技术的文献检索发现，中国为"无源固态磁场传感器"， 专利号为ZL99239314.0的专利技术专利，该专利中提出用磁致伸縮材料的面和压电 陶瓷的面相互接合组成磁场传感器单元，以若干个上述传感器单元重叠地组成磁 场传感器组件，以一层压电元件层其二面复合磁致伸縮元件为佳，可测量转速、 流量，电流强度及磁成像、磁记录和磁记录介质。其不足在于所用的磁致伸縮 材料产生的形变太小，理论上来讲对压电片的挤压也很小，产生的信号非常微弱， 不利于测量；所用的压电材料PZP跟现有的压电材料相比，不论是相对介电常数 还是压电常数，都已经不能满足现在的需要；所用的结构不容易产品化，按其结 '构，由于磁致伸縮产生的应力可能会很大，必须由一个弹性装置来平稳地传导应4力，如果直接装在盒子里很容易把盒子的端面顶坏。而且现有专利仅仅是一个传 感器部件，并不能直接测量和显示磁传感器所在交变磁场的磁场强度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种基于磁致伸縮原理的 便携式交变磁场测量仪，可以将尺寸降低到毫米级的、既有很好的灵敏度，又有 很好的温度稳定性和大的测量范围，克服了现有线圈式尺寸和讯号灵敏度不足的 问题，同时解决霍尔式温度稳定性差和测量范围小的缺陷，而且解决了一般的交 变磁场测量仪必须通过电缆供电或不能随身携带的问题。本专利技术是通过如下技术方案实现的，本专利技术包括磁致伸縮合金棒、测量仪外 壳、弹性体、压电片、导电片、接触环、测量显示电路。至少一根磁致伸縮合金 棒通过弹性体接在压电片上，导电片接合在压电片的下面，然后一起设置在测量 仪外壳中，但磁致伸縮合金棒暴露在空气中。接触环固定在测量仪外壳底部。导 电片的引出端和测量仪外壳底部的导线连接导通，而导线与两个接触环可靠地接 触，且互不导通，接触环上引出电压信号线接入测量显示电路。所述的测量显示电路由电压放大器、控制器组成，电压放大器的输入端连接 接触环，电压放大器的输出端连接到控制器。控制器上连接有A/D转换模块、电 源管理模块、液晶显示模块以及按键模块，接触环传出的电荷通过电压放大器进 行放大并转换为电压值，然后输入控制器，控制器的A/D转换模块对电压值进行 模数转换，转换的数值通过液晶显示模块显示，按键模块控制整个装置的开关和 显示数值的设置，电源管理模块对控制器进行复位，同时给控制器提供电压，原 始电压由24V电池提供。所述电压放大器的电路构成和连接方式为导电片的其中一根信号线接地，另一根信号线与电容Cl 一端连接，电容Cl的另一端与二极管Dl正极、MOS管 (3D01E)的栅极、电阻R1的一端、二极管D2的负极连接，二极管D1的负极与变 阻器Rb的一端、三极管(3AX31B)的基极、M0S管(3D01E)的漏极连接，二极管D2 的正极与电阻Rl的另一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端连接，M0S管(3D01E) 的源极与电阻R4的一端、电阻R2的另一端、M0S管(3D01E)的衬底连接，变阻 器Rb的另一端与电阻R5的一端连接，三极管(3AX31B)的发射极与电阻R4的另 一端、正输出口连接，电阻R3的另一端与负输出、地线连接，电阻R5的另一端与24V电源的正极连接。然后将正输出口和负输出口分别接到MSP430的AD模块 的引脚。所述弹性体和磁致伸縮合金棒粘合固定好后装入测量仪外壳。 所述的弹性体与压电片通过强力胶粘结。所述磁致伸縮合金棒一端顶住测量仪外壳端面，另一端通过弹性体顶在压电 片上。从功能上讲，压电片实际上相当于一个电荷发生器，从性质上讲，压电片实 质上又是一个自源电容器。因此它存在着和电容传感器一样的高阻抗、小功率问 题。压电片输出的能量微弱，电缆的分布电容及噪声等干扰将严重影响输出特性， 必须进行前置放大；而且，高内阻使得压电片难以直接使用一般的放大器，而必 须进行前置阻抗变换。因此，如果直接从压电片两端测量电压是不可能测出的。 压电片可输出电荷也可输出电压，根据其测量电路的不同有两种测量电路电压 放大器和电荷放大器。由于电压放大器电路简单、成本低、工作稳定可靠，且输 出电压便于测量，所以选择电压放大器作为其放大电路。由于本专利技术整个装置需要独立稳定的电源供给、不间断测量、转换数据、按 键和显示结果，所以必须有一个低功耗的核心的控制器来实现上述功能。因为测 量到电压值以后要进行模数转换且显示结果，所以需要相应的功能模块。首先， 独立供电的只能是电池，但用一般的单片机的话功耗太大，这样对测量仪的持续 测量没有保证；其次，最好控制器有相应的功能模块，这样就可以避免使用很多 专门的控制芯片来完成功能，从而集成化、小型化；最后，其形状要小，避免占 用太大空间。所以可以采用摩托罗拉公司的MSP430系列单片机作为控制器，它 能够完成上述的所有功能。本专利技术属于利用磁致伸縮的原理对现有测量交变磁场测量仪的改进，与现有 测量仪相比，具有结构小而方便，可以将尺寸降低到毫米级的，安全可靠，能测 得各个角度的交变磁场强度；同时它还有1、克服了线圈式测量时讯号灵敏度 随频率而变的缺点；2、克服了霍尔式温度稳定性差的缺点；3、无需输入，无源 测量；4 、测量范围广。该测量测量仪的测量范围可达到 7.96xl0一 7.96xl0^/m。 5、携带方便，可轻易带到现场测量且无需外部电源 供电。附图说明图l为本专利技术的结构示意图中l为磁致伸縮合金棒，2为测量仪外壳，3为弹性体，4为压电片，5 为导电片，6为接触环，7为测量显示电路。 图2为本专利技术的测量显示电路模块图。 图3为本专利技术的电压放大器电路图。 具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护 范围不限于下述的实施例。如图l-2所示，本实施例包括磁致伸缩合金棒l，测量仪外壳2，弹性体3， 压电片4，导电片5，接触环6，测量显示电路7。至少一根磁致伸縮合金棒1通过弹性体3接在压电片4上，导电片5接合在 压电片4的下面，然后一起安装在测量仪外壳2中，但磁致伸縮合金棒1要暴露 在空气中。接触环6通过螺钉固定在测量仪外壳2底部。导电片5的引出端分别 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁致伸缩原理的便携式交变磁场测量仪，包括磁致伸缩合金棒、测量仪外壳、弹性体、压电片、导电片、接触环、测量显示电路，其特征在于其中：至少一根磁致伸缩合金棒通过弹性体接在压电片上，导电片接合在压电片的下面，然后一起设置在测量仪外壳中，磁致伸缩合金棒暴露在空气中，接触环固定在测量仪外壳底部，导电片的引出端和测量仪外壳底部的导线连接导通，该导线与两个接触环接触，接触环上引出电压信号线接入测量显示电路；　所述的测量显示电路由电压放大器、控制器组成，电压放大器的输入端连接接 触环，电压放大器的输出端连接到控制器，控制器上连接有Ａ／Ｄ转换模块、电源管理模块、液晶显示模块以及按键模块，接触环传出的电荷通过电压放大器进行放大并转换为电压值，然后输入控制器，控制器的Ａ／Ｄ转换模块对电压值进行模数转换，转换的数值通过液晶显示模块显示，按键模块控制整个装置的开关和显示数值的设置，电源管理模块对控制器进行复位，同时给控制器提供电压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宫延伟，黄峰一，吉小军，阮晓虹，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]