磁场测量系统及测量磁场的方法

xiaoxiao2020-7-23  10

专利名称:磁场测量系统及测量磁场的方法
技术领域
本发明涉及一种磁场测量系统和测量磁场的方法,尤其涉及一种测量微弱磁场及环境复 杂的磁场的测量系统和方法。
背景技术
目前,测量电磁场的方法有两种S卩物理测量方法和磁感应线圈测量方法。 传统的物理测量方法是利用F二QVB的经验公式来间接测量,通过分别测量这几个物理量 ,再以经验公式来计算出所搭建的环境的电磁场大小。这种测量方法的优点是测量出来的结 果准确,但是这种方法只是适用在实验室的实验中,并且只是测量实验时所搭建的环境的磁 场,即是在理想的环境下测量。如果要考虑到测量周围环境的磁场,那么测量的准确度就由 于外界环境的非理想化而大大降低,并且在实际的测量中电荷数的测量非常不容易实现,因 此这种方法就不适合对周围环境的磁场进行检测。
通过磁感应线圈测量磁场的强度,磁感应线圈中有交变的磁场存在时就能由电磁感应诱 导出 一定大小的交流电压,可以通过测量磁场诱导出来的电压来间接计算出线圈内部的磁场 强度,从而达到测量线圈周围的磁场强度的目的。这是目前最常用的一种测量方法,但是这 种方法只能对一个方向的磁场进行测量,如果要测量整个环境的磁场强度就需要分时对三个 方向的磁场进行分别测量,然后在对测量数据进行二次处理才能得到环境磁场的准确值,这 样如果在环境恶劣的情况下就不能准确的测量出当前磁场的强度了。

发明内容
本发明解决的技术问题是克服现有技术中一次只能测量一个方向磁场,不能在环境复 杂时同时测量多个方向的磁场的技术问题。
本发明解决技术问题的技术方案是构建一种磁场测量系统,包括测量磁场的磁场感 应组件、对磁场感应组件感应的磁场信号进行采集的信号采集组件、对所述信号采集组件采 集的信号进行处理的信号处理模块,所述磁场感应组件包括第一线圈、第二线圈、第三线圈,所述第一线圈、第二线圈、第三线圈成"品"字形且三个线圈的中心线相互垂直地放置, 所述第一线圈、第二线圈及第三线圈连接至一公共端,所述信号采集组件也包括分别与所述 线圈对应连接的第一信号采集组件、第二信号采集组件、第三信号采集组件。
本发明解决技术问题的进一步技术方案是所述第一线圈为立式线圈,所述第二线圈和 所述第三线圈为卧式线圈。
本发明解决技术问题的进一步技术方案是所述信号处理模块包括信号校准单元和磁场 处理单元。
本发明解决技术问题的进一步技术方案是还包括磁场校正单元,所述磁场校正单元通
过在两个点测量的数值对公式T二KV+B中K、 B两个参数进行校正。
本发明解决技术问题的进一步技术方案是所述信号处理模块包括信号放大单元,将采
集到的磁场信号进行放大。
本发明解决技术问题的进一步技术方案是所述信号放大单元包括放大采集的磁场信号
的第一信号放大单元以及放大所述第一信号放大单元放大的信号的第二信号放大单元。 本发明解决技术问题的技术方案是提供一种测量磁场的方法,包括如下步骤 设置磁场测量组件将所述第一线圈、第二线圈、第三线圈成"品"字形且三个线圈的
中心线相互垂直地放置,将所述第一信号采集组件、第二信号采集组件和第三信号采集组件
分别对应与对应线圈连接,将信号采集组件与信号处理模块连接;
采集磁场信号所述信号采集组件分别同时采集对应的磁场线圈的磁场信号; 处理磁场信号由信号处理模块处理采集磁场信号步骤采集的磁场信号。 本发明解决技术问题的进一步技术方案是所述处理磁场信号步骤处理磁场信号,包括
磁场信号放大过程。
本发明解决技术问题的进一步技术方案是所述磁场信号放大过程包括磁场信号的第一 级放大和第二级放大。
本发明解决技术问题的进一步技术方案是所述处理磁场信号步骤处理磁场信号还包括 磁场校正步骤,即通过在两个点测量的数值对公式T二KV+B中K、 B两个参数进行校正,其中T 表示磁感应强度,V表示磁感应电压,K、 B为参数。
本发明技术方案产生的技术效果是采用三个测量磁场的线圈,三个线圈成"品"字形
且中心线相互垂直地放置,同时测量三个方向的磁场,再根据三个方向的磁场采集信号获得 精确的磁场大小


图l为本发明的结构示意图。 图2为本发明的磁场线圈连接图。 图3为本发明的采集信号放大示意图。 图4为本发明的测量磁场的方法流程图。 图5为本发明的测量磁场的方法优选实施方式图。
具体实施例方式
下面结合具体实施例,对本发明技术方案进一步说明。
如图l、图2所示,本发明构建一种磁场测量系统,包括包括测量磁场的磁场感应组件 1、对磁场感应组件1感应的磁场信号进行采集的信号采集组件2、对所述信号采集组件2采集 的信号进行处理的信号处理模块3,所述磁场感应组件l包括第一线圈ll、第二线圈12、第三 线圈13,所述第一线圈ll、第二线圈12、第三线圈13成"品"字形且三个线圈的中心线相互 垂直地放置,所述第一线圈ll、第二线圈12及第三线圈13连接至一公共端,所述信号采集组 件2也包括分别与所述线圈对应连接的第一信号采集组件21、第二信号采集组件22、第三信 号采集组件23。磁感应线圈中有交变的磁场存在时就能由电磁感应诱导出一定大小的交流电 压,将产生的交流电压通过信号采集组件2采集,通过信号处理模块3的信号处理可以得出磁 场感应组件l所感应的磁场大小。本发明采用三个"品"字形设置的磁场感应线圈,包括第 一线圈ll、第二线圈12、第三线圈13,所述三个线圈的中心线相互垂直,三个线圈的中心线 构成三维坐标体系,可以同时测量三个方向感应的磁场。这样便达到了在环境复杂时同时测 量多个方向的磁场的效果。
如图l、图2所示,本发明的优选实施方式为所述第一线圈ll为立式线圈,所述第二线圈 12和所述第三线圈13为卧式线圈。这样安排线圈的主要作用在于立式线圈和卧式线圈刚好能 够很紧凑的排列在一起,这样就可以减少线圈的空间。采用三个这种紧凑排列的线圈,可以 确保所采集到的三个方向的磁场信号基本是处于同一位置的不同方向的信号,增强测量的准 确性。所述信号处理模块3包括信号校准单元31和磁场处理单元32,所述信号校准单元31用 于校准经验公式。本发明以所述第一线圈ll来说明测量磁场的具体过程,由于A为立式线圈 ,所以所述第一线圈11可以感应到与所述第二线圈12中心线和所述第三线圈13中心线组成的垂直方向性磁场,根据法拉第电磁感应定理可以知道,在所述第一线圈ll上能产生一个交变 电场,即所述第一线圈ll的信号端与公共端之间有一个交流电压信号,通过信号采用组件采 集这个交流电压信号,这样就完成了磁场到电场的转换。所述信号处理模块3中的信号校准 单元31根据两点法对经验公式T二KV+B中的K、 B进行校准,其中T表示磁感应强度,V表示磁感 应电压,K、 B为参数,g卩,通过两点测到的数据,确知两对T和B的值,再根据这两对值获得 K、 B的值。再将采集到的交流电压信号进行处理,通过经验公式根据所获得交流电压信号大 小便可以测量到磁场的大小。
如图2、图3所示,本发明优选实施方式中,所述信号处理模块3包括信号放大单元32, 将采集到的磁场信号进行放大。所述信号放大单元32包括放大采集的磁场信号的第一信号放 大单元321以及放大所述第一信号放大单元321放大的信号的第二信号放大单元322。由于所 述磁感应组件感应的磁场在一般环境下都比较小,特别是在磁场较弱时,所述磁感应组件感 应产生的交流电压很小,所述采集到的信号一般也比较弱,因此,通过将所采集的较弱信号 放大,便可以更好地进行后续信号处理,使测量更加准确。如图3所示,将信号通过第一信 号放大单元321进行放大,这只是对采集的原始信号进行简单的放大,再通过第二信号放大 单元322对所述第一信号放大单元321放大的信号再进行放大,所述第二级信号放大过程包括 档位选择和信号滤波,这样放大后的信号就更加精确。
如图l、图4所示,本发明提供一种测量磁场的方法,包括如下步骤 步骤IOO、设置磁场测量组件将所述第一线圈ll、第二线圈12、第三线圈13成"品" 字形且三个线圈的中心线相互垂直地放置,将所述第一信号采集组件21、第二信号采集组件 22和第三信号采集组件23分别对应与对应线圈连接,将信号采集组件2与信号处理模块3连接
步骤200、采集磁场信号所述信号采集组件2分别同时采集对应的磁场线圈1的磁场信
号;
步骤300、处理磁场信号由信号处理模块处理步骤B采集的磁场信号。 通过上述步骤,磁感应线圈中有交变的磁场存在时就能由电磁感应诱导出一定大小的交 流电压,将产生的交流电压通过信号采集组件2采集,通过信号处理模块3的信号处理可以得 出磁场感应组件l所感应的磁场大小。本发明采用三个"品"字形设置的磁场感应线圈,包 括第一线圈ll、第二线圈12、第三线圈13,所述三个线圈的中心线相互垂直,三个线圈的中 心线构成三维坐标体系,可以同时测量三个方向感应的磁场。这样便达到了在环境复杂时同 时测量多个方向的磁场的效果。如图l、图5所示,本发明的优选实施方式中,所述C步骤处理磁场信号还包括磁场校正 步骤,即通过在两个点测量的数值对公式T二KV+B中K、 B两个参数进行校正。所述信号处理模 块3中的信号校准单元31根据两点法对经验公式T二KV+B中的K、 B进行校准,g卩,通过两点测 到的数据,确知两对T和B的值,再根据这两对值获得K、 B的值。再将采集到的交流电压信号 进行处理,通过经验公式根据所获得交流电压信号大小便可以测量到磁场的大小。
如图3、图5所示,本发明的优选实施方式中,在所述C步骤处理磁场信号过程中,包括 磁场信号放大过程。所述磁场信号放大过程包括磁场信号的第一级放大和第二级放大。由于 所述磁感应组件感应的磁场在一般环境下都比较小,特别是在磁场较弱时,所述磁感应组件 感应产生的交流电压很小,所述采集到的信号一般也比较弱,因此,通过将所采集的较弱信 号放大,便可以更好地进行后续信号处理,使测量更加准确。如图3所示,将信号通过第一 信号放大单元321进行放大,这只是对采集的原始信号进行简单的放大,再通过第二信号放 大单元322对所述第一信号放大单元321放大的信号再进行放大,所述第二级信号放大过程包 括档位选择和信号滤波,这样放大后的信号就更加精确。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明 的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本 发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种磁场测量系统,包括测量磁场的磁场感应组件、对磁场感应组件感应的磁场信号进行采集的信号采集组件、对所述信号采集组件采集的信号进行处理的信号处理模块,其特征在于,所述磁场感应组件包括第一线圈、第二线圈、第三线圈,所述第一线圈、第二线圈、第三线圈成“品”字形且三个线圈的中心线相互垂直地放置,所述第一线圈、第二线圈及第三线圈连接至一公共端,所述信号采集组件也包括分别与所述线圈对应连接的第一信号采集组件、第二信号采集组件、第三信号采集组件。
2 根据权利要求l所述的磁场测量系统,其特征在于,所述第一线圈 为立式线圈,所述第二线圈和所述第三线圈为卧式线圈。
3 根据权利要求l所述的磁场测量系统,其特征在于,所述信号处理模块包括信号校准单元和信号处理单元。
4 根据权利要求l所述的磁场测量系统,其特征在于,还包括磁场校 正单元,所述磁场校正单元通过在两个点测量的数值对公式T二KV+B中K、 B两个参数进行校正 ,其中T表示磁感应强度,V表示磁感应电压,K、 B为参数。
5 根据权利要求l所述的磁场测量系统,其特征在于,所述信号处理 模块包括信号放大单元,将采集到的磁场信号进行放大。
6 根据权利要求5所述的磁场测量系统,其特征在于,所述信号放大 单元包括放大采集的磁场信号的第一信号放大单元以及放大所述第一信号放大单元放大的信 号的第二信号放大单元。
7 一种应用权利要求l磁场测量系统测量磁场的方法,包括如下步骤设置磁场测量组件将所述第一线圈、第二线圈、第三线圈成"品"字形且三个线圈 的中心线相互垂直地放置,将所述第一信号采集组件、第二信号采集组件和第三信号采集组 件分别对应与对应线圈连接,将信号采集组件与信号处理模块连接;采集磁场信号所述信号采集组件分别同时采集对应的磁场线圈的磁场信号; 处理磁场信号由信号处理模块处理采集磁场信号步骤采集的磁场信号。
8.根据权利要求7所述测量磁场的方法,其特征在于,所述处理磁场 信号步骤处理磁场信号,包括磁场信号放大过程。
9.根据权利要求8所述测量磁场的方法,其特征在于,所述磁场信号放大过程包括磁场信号的第一级放大和第二级放大。
10.根据权利要求7所述测量磁场的方法,其特征在于,所述处理磁 场信号步骤处理磁场信号还包括磁场校正步骤,即通过在两个点测量的数值对公式T二KV+B中 K、 B两个参数进行校正。
全文摘要
本发明涉及一种磁场测量系统,包括测量磁场的磁场感应组件、对磁场感应组件感应的磁场信号进行采集的信号采集组件、对所述信号采集组件采集的信号进行处理的信号处理模块,所述磁场感应组件包括第一线圈、第二线圈、第三线圈,所述第一线圈、第二线圈、第三线圈成“品”字形且三个线圈的中心线相互垂直地放置,所述第一线圈、第二线圈及第三线圈连接至一公共端,所述信号采集组件也包括分别与所述线圈对应连接的第一信号采集组件、第二信号采集组件、第三信号采集组件。本发明采用三个测量磁场的线圈,三个线圈成“品”字形且中心线相互垂直地放置,同时测量三个方向的磁场,再根据三个方向的磁场采集信号获得精确的磁场大小。
文档编号G01R33/02GK101566676SQ20091030254
公开日2009年10月28日 申请日期2009年5月22日 优先权日2009年5月22日
发明者余金涛 申请人:深圳市科陆电子科技股份有限公司

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