[發明專利]一種基于相位同步的三維標準磁場發生裝置

有效

• 申請號: 201210563035.7
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103064049A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 趙曉東;錢政;黃珊珊;陸吉璽
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R35/00
• 分類號: G01R35/00;H01F7/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種基于相位同步的三維標準磁場發生裝置，其特征在于：它是由變頻電源模塊、電容匹配模塊、相位檢測模塊和三維亥姆霍茲線圈組成；首先變頻電源模塊根據要求設置電壓及其頻率，然后通過電容匹配模塊選擇對應的電容值以減小線圈電感對磁感應強度的影響，接著將調整后的三相電源信號一方面接至相位檢測模塊，根據相位檢測結果調整變頻電源的起始角度，保證三維磁場的相位同步；另一方面接至三維亥姆霍茲線圈，使其產生動態交變磁場；

所述變頻電源模塊，是一種三相線性可編程交流變頻電源，分兩檔輸出，一檔電壓范圍是0-300伏，最大輸出電流為8.4安；另一檔電壓范圍是0-150伏，最大輸出電流是4.2安；電源頻率三相統一設定，以步長0.1Hz在范圍為40-500Hz內可調，其中三相電壓和起始角度獨立可調，該變頻電源模塊為三維亥姆霍茲線圈提供變頻電源信號，以產生動態變化的磁場；

所述電容匹配模塊，包括串聯電容、開關控制電路和液晶顯示模塊，開關控制電路根據設定的三相電源頻率值，分別選擇三維線圈對應的串聯電容，以減小線圈電感對磁感應強度的影響，并將各相設定的電壓值和匹配電容值通過液晶顯示模塊顯示；該串聯電容選用頻率特性優異的聚丙烯電容，適于在高電流高電壓的交流環境下工作；該開關控制電路是以單片機為核心，首先根據設定的電源頻率和各線圈的電感值計算所需的匹配電容值，然后由單片機控制固態交流開關通斷，分別選擇需要接入電路的電容值，最后將選擇的三相匹配電容值通過液晶顯示模塊顯示；該液晶顯示模塊采用320×240的圖形點陣式液晶，其功能是顯示交流電源頻率、磁場強度、匹配電容值和需要調節的電源電壓值，通過液晶顯示的這些參數，了解線圈電路的總體狀況，并根據顯示的電源參數調節三相電源的頻率和各相電壓；

所述相位檢測模塊，包括前級整形電路、相位差測量電路和相位極性判別電路；三路正弦波信號首先經前級整形電路輸出為方波信號，然后經過相位差測量電路，分析計算出其中兩路信號之間的相位差，同時通過相位極性判別電路判斷這兩路信號波形的超前或滯后，最后根據顯示的相位差和相位極性調整三相電源的起始角度，使其相位保持同步；該前級整形電路是將正弦信號轉換成方波信號，作為后續相位差測量電路的輸入；該相位差測量電路是通過相關計數法檢測三路正弦波的相位，分別通過測試三路信號間其中兩路的相位差，得出三相之間的相位關系；該相關計數法是：首先將兩路方波信號進行異或操作后，并和有源晶振輸出的高頻脈沖信號進行與操作，然后在相同時間內對異或操作后的信號脈沖和與操作后的信號脈沖計數，最后通過對這兩個脈沖個數換算可得出兩路信號之間的相位差；該相位極性判別電路是通過D觸發器判別相位差測量電路中兩路信號波形的超前或滯后，便于調整三相電源信號的起始角度；

所述三維亥姆霍茲線圈是由兩兩相互垂直的三對空心圓柱線圈組成，每對線圈是由一對半徑都為R，同軸放置且間距為R的空心圓柱線圈構成，三對亥姆霍茲線圈的軸向方向分別對應三維坐標軸中X軸、Y軸和Z軸；該三維亥姆霍茲線圈的功能是產生設定大小和任意三維方向的交變磁場，為磁敏傳感器特性的全面測試提供均勻度高的磁場環境。

2.根據權利要求1所述的一種基于相位同步的三維標準磁場發生裝置，其特征在于：該變頻電源模塊即線性可編程交流變頻電源的外形尺寸為430mm×700mm×700mm，型號為APS8003LS。

3.根據權利要求1所述的一種基于相位同步的三維標準磁場發生裝置，其特征在于：該電容匹配模塊中的開關控制電路中固態交流開關的型號是ACST8-8CFP。

4.根據權利要求1所述的一種基于相位同步的三維標準磁場發生裝置，其特征在于：該三維亥姆霍茲線圈的型號是3H1Y6-100，外形幾何尺寸為：X軸線圈內徑為100mm、外徑為140mm，厚度為20mm；Y軸線圈內徑為180mm、外徑為230mm，厚度為25mm；Z軸線圈內徑為272mm、外徑為332mm，厚度為30mm；可產生的磁場均勻區為30mm×30mm×30mm。