[發明專利]一種交變磁場三維分布測量裝置

無效

• 申請號: 201410055837.6
• 申請日: 2014-02-19
• 公開（公告）號: CN103777152A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 武建安;吳祖河;王亨;王婕;唐勁天
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明屬于中頻強交變磁場測量傳感器領域，涉及磁場傳感器技術、中高頻信號采集與處理技術、三維運動平臺技術，特別涉及一種交變磁場三維分布測量裝置。

背景技術

磁感應熱療設備和工業用磁感應加熱設備是中頻交變電磁場的常見應用，在應用中需要用到100kHz到1MHz的磁場測量裝置。這類中頻交變電磁場一般在應用中的強度較高，其產生的渦流效應容易加熱而破壞普通的磁場探頭。大部分磁場傳感器適用于低頻低強度的磁場測量，并不適用于中頻強磁場的測量應用。中頻強磁場的主要測量方法是電磁感應法。電磁感應法是以電磁感應定律為基礎的一種磁場測量方法，其內容是：

在按照正弦規律變化的磁場中，磁場強度符合以下關系：

B=B₀sin(ωt)

其中B₀是磁感應強度的最大值，ω是磁場的角頻率。對于一個探測線圈，其感生電動勢為

ϵ=dΦdt=SdBdt=SB0ωcos(ωt)]]>

這樣就將交變磁場信號轉化為了交流電信號，實現了磁場傳感器的功能。

用單個線圈測得的只是總磁場在線圈軸向上的分量，在同一點附近設置三個兩兩互相垂直的線圈，就可以測得這一點的三維磁場參數。測量得到一定空間內足夠多點的三維磁場參數，就可以得到這一空間的三維磁場參數分布。

目前，交變磁場測量儀器多為低頻弱場、高頻電磁輻射場或者脈沖電磁場測量設備，并且主要為一維磁場測量設備。

專利201010214820.2和201020243927.5公布了一種“中頻強磁場測量裝置”，其主要實現了一維交變磁場的測量，交變磁場敏感元件為自制電感線圈。該裝置詳細介紹了一維中頻強磁場的測量方案與電路，并不能實現三個方向交變磁場的同時測量。

專利201010572779.6公布了一種“磁場測量儀”，其采用霍爾傳感器作為磁場敏感元件對磁場進行測量，由于霍爾元件的頻率響應范圍有限，無法實現數百千赫茲交變磁場的測量。

專利201020196041.X公布了一種“電磁感應法脈沖強磁場測量裝置”，其磁場敏感元件采用圓柱形的感應線圈式磁傳感器，為了實現磁場的準確測量，其設計了一種特殊結構的支架，保證測量的磁場方向垂直于線圈平面，由于采用一只傳感器，同樣僅能測量一維磁場，并且測量范圍有限。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種交變磁場三維分布測量裝置，其可測量的磁場頻率和磁場強度范圍寬，使用方便，可以自動定位并測量交變磁場中任一點的三維參數，以及自動測量一定空間分布內的三維磁場參數分布。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種交變磁場三維分布測量裝置，包括：

三維磁場探頭陣列，由多組三維磁場探頭組成，每組三維磁場探頭由固定在同一點附近的X方向、Y方向和Z方向單軸磁場測量探頭組成，測量該點的磁場參數；

接所述三維磁場探頭陣列將其采集得到的磁場信號進行整流、濾波、放大的信號采集處理單元；

接所述信號采集處理單元將其得到的模擬信號轉換為數字信號，計算其頻率、幅度信息并向計算機輸出的信號模數轉換單元；

用于固定所述三維磁場探頭陣列的探頭運動裝置，探頭運動裝置上有X方向和Y方向的運動導軌，其中Y方向運動導軌能沿X方向運動導軌滑動，三維磁場探頭陣列固定于探頭座上，探頭座能沿Y方向運動導軌滑動；以及

接所述探頭運動裝置并控制其運動的探頭運動控制單元。

所述單軸磁場測量探頭為平面銅線圈，作為交變磁場敏感元件，將磁場信號轉化為線圈兩端的電壓差分信號，每個線圈的兩端引線接到信號采集處理單元的一個處理節點上。

所述單軸磁場測量探頭由多層電路板銅層蝕刻平面圓形線圈構成。