感應式地磁場測量實驗儀
專利匯可以提供感應式地磁場測量實驗儀專利檢索，專利查詢，專利分析的服務。并且本 發(fā)明 屬于物理學和地球物理學實驗儀器。感應式地 磁場 測量實驗儀，它由 地磁場 感應裝置、槽型光電 耦合器 驅(qū)動 電路 、前置放大電路、 數(shù)據(jù)采集 和數(shù)字 信號 處理電路構成；其特征在于地磁場感應裝置包括 支架 (1)、擋光片(2)、線圈終止轉動 彈簧 制動 器(3)、第二槽型光電耦合器(4)、線圈 框架 (5)、地磁感應線圈繞組(6)、第一槽型光電耦合器(10)、線圈起始轉動彈簧扣(12)、空心 轉軸 (14)、感應 電流 信號輸出線(15)，地磁感應線圈繞組(6)纏繞在線圈框架(5)的塑料圓形槽內(nèi)，線圈框架(5)的前后兩端分別由空心轉軸(14)與支架(1)活動連接。本發(fā)明結構簡單、能夠測量地磁場 水 平與垂直方向的磁感應強度分布。，下面是感應式地磁場測量實驗儀專利的具體信息內(nèi)容。
1.感應式地磁場測量實驗儀，它由地磁場感應裝置、槽型光電耦合器驅(qū)動電路、前置 放大電路、數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理電路構成；其特征在于地磁場感應裝置包括支架(1)、 擋光片(2)、線圈終止轉動彈簧制動器(3)、第二槽型光電耦合器(4)、線圈框架(5)、 地磁感應線圈繞組(6)、第一槽型光電耦合器(10)、線圈起始轉動彈簧扣(12)、空心轉 軸(14)、感應電流信號輸出線(15)，地磁感應線圈繞組(6)纏繞在線圈框架(5)的塑 料圓形槽內(nèi)，支架(1)內(nèi)為空腔，線圈框架(5)位于支架(1)的空腔內(nèi)，并處于支架(1) 的上端，線圈框架(5)的前后兩端分別由空心轉軸(14)與支架(1)活動連接；支架(1) 空腔內(nèi)的上端左側壁上分別設有線圈終止轉動彈簧制動器(3)、第二槽型光電耦合器(4)， 支架(1)空腔內(nèi)的上端右側壁上分別設有第一槽型光電耦合器(10)、線圈起始轉動彈簧 扣(12)，第二槽型光電耦合器(4)、第一槽型光電耦合器(10)處的支架(1)上分別設 有槽型光電耦合器信號輸出接口(11)；線圈框架(5)的左端邊緣固定一個擋光片(2)， 線圈框架(5)旋轉時，擋光片(2)穿過第一槽型光電耦合器(10)的光槽、第二槽型光 電耦合器(4)的光槽；
所述的支架(1)上設有啟動線圈旋轉彈力裝置，啟動線圈旋轉彈力裝置主要由簧片彈 力調(diào)節(jié)螺桿(7)、螺母(8)、簧片(9)、壓簧鐵桿(13)組成，簧片(9)位于支架(1) 的空腔內(nèi)，簧片(9)一端與支架(1)固定連接，簧片(9)的另一端懸空，簧片(9)的 上面設有簧片彈力調(diào)節(jié)螺桿(7)，簧片彈力調(diào)節(jié)螺桿(7)旋入螺母(8)內(nèi)，螺母(8)與 支架(1)固定連接；壓簧鐵桿(13)固定在線圈框架(5)上，線圈框架(5)與支架(1) 的上端面平行時，壓簧鐵桿(13)壓住簧片(9)；
第一槽型光電耦合器(10)和第二槽型光電耦合器(4)的信號輸出線分別穿過槽型光 電耦合器信號輸出接口(11)與槽型光電耦合器驅(qū)動電路的輸入端相連，地磁感應線圈繞 組(6)的感應電流信號輸出線(15)穿過空心轉軸(14)與前置放大電路的輸入端相連， 槽型光電耦合器驅(qū)動電路的輸出端、前置放大電路的輸出端分別與數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處 理電路的模數(shù)轉換器相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的感應式地磁場測量實驗儀，其特征在于：所述的地磁感應線 圈繞組(6)的線圈匝數(shù)為1000匝，線圈的直徑為0.3mm銅線。
3.根據(jù)權利要求1所述的感應式地磁場測量實驗儀，其特征在于：所述的支架(1)為 正方體形鋁合金支架。
技術領域
本發(fā)明屬于物理學和地球物理學實驗儀器，具體涉及一種能夠測量地磁場水平與垂直 方向的磁感應強度分布的感應式地磁場測量實驗儀。
背景技術
發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是：感應式地磁場測量實驗儀，它由地磁場感 應裝置、槽型光電耦合器驅(qū)動電路、前置放大電路、數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理電路構成； 其特征在于地磁場感應裝置包括支架1、擋光片2、線圈終止轉動彈簧制動器3、第二槽型 光電耦合器4、線圈框架5、地磁感應線圈繞組6、第一槽型光電耦合器10、線圈起始轉動 彈簧扣12、空心轉軸14、感應電流信號輸出線15，地磁感應線圈繞組6纏繞在線圈框架5 的塑料圓形槽內(nèi)，支架1內(nèi)為空腔，線圈框架5位于支架1的空腔內(nèi)，并處于支架1的上 端，線圈框架5的前后兩端分別由空心轉軸14與支架1活動連接；支架1空腔內(nèi)的上端左 側壁上分別設有線圈終止轉動彈簧制動器3、第二槽型光電耦合器4，支架1空腔內(nèi)的上端 右側壁上分別設有第一槽型光電耦合器10、線圈起始轉動彈簧扣12，第二槽型光電耦合器 4、第一槽型光電耦合器10處的支架1上分別設有槽型光電耦合器信號輸出接口11；線圈 框架5的左端邊緣固定一個擋光片2，線圈框架5旋轉時，擋光片2穿過第一槽型光電耦合 器10的光槽、第二槽型光電耦合器4的光槽；第一槽型光電耦合器10、第二槽型光電耦合 器4的信號輸出線分別穿過槽型光電耦合器信號輸出接口11與槽型光電耦合器驅(qū)動電路的 輸入端相連，地磁感應線圈繞組6的感應電流信號輸出線15穿過空心轉軸14與前置放大 電路的輸入端相連，槽型光電耦合器驅(qū)動電路的輸出端、前置放大電路的輸出端分別與數(shù) 據(jù)采集和數(shù)字信號處理電路的模數(shù)轉換器相連。
所述的支架1上設有啟動線圈旋轉彈力裝置，啟動線圈旋轉彈力裝置主要由簧片彈力 調(diào)節(jié)螺桿7、螺母8、簧片9、壓簧鐵桿13組成，簧片9位于支架1的空腔內(nèi)，簧片9一端 與支架1固定連接，簧片9的另一端懸空，簧片9的上面設有簧片彈力調(diào)節(jié)螺桿7，簧片彈 力調(diào)節(jié)螺桿7旋入螺母8內(nèi)，螺母8與支架1固定連接；壓簧鐵桿13固定在線圈框架5上， 線圈框架5與支架1的上端面平行時，壓簧鐵桿13壓住簧片9，從而為線圈框架5的轉動 提供彈力；此時，線圈框架5被起始轉動彈簧扣12扣住。
所述的地磁感應線圈繞組6的線圈匝數(shù)為1000匝，線圈的直徑為0.3mm銅線。所述的 支架1為正方體形鋁合金支架。
本發(fā)明結構簡單，它通過地磁感應線圈繞組6在地磁場中翻轉，切割地磁場的磁力線 產(chǎn)生感應電動勢，并在閉合的線圈中產(chǎn)生感應電流，經(jīng)前置放大電路對信號進行放大，由 AD轉換將模擬信號變成數(shù)字信號，再由單片機或DSP在軟件控制下進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信 號處理，最終獲得地磁場的水平和垂直分量。本發(fā)明的電磁感應的原理展示清晰，可采集 地磁感應線圈切割地磁力線過程的所有數(shù)據(jù)，采樣時間可調(diào)；采集的數(shù)據(jù)既可在液晶顯示 屏上顯示，也可以通過RS232串口將數(shù)據(jù)傳送到計算機，在計算機屏幕上顯示。對采集的 數(shù)據(jù)可手動處理，也可以由單片機或計算機自動處理。該實驗儀器操作簡單、使用方便， 可分別測量地磁場的垂直分量、水平分量。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的電路原理框圖
圖2是本發(fā)明地磁場感應裝置的結構示意圖
圖3是本發(fā)明前置放大電路原理圖
圖4是本發(fā)明槽型光電耦合器驅(qū)動電路圖
圖5是本發(fā)明數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理電路圖
圖中：1-支架，2-擋光片，3-線圈終止轉動彈簧制動器，4-第二槽型光電耦合器，5- 線圈框架，6-地磁感應線圈繞組，7-簧片彈力調(diào)節(jié)螺桿，8-螺母，9-簧片，10-第一槽型光 電耦合器，11-槽型光電耦合器信號輸出接口，12-線圈起始轉動彈簧扣，13-壓簧鐵桿，14- 空心轉軸，15-感應電流信號輸出線。
具體實施方式
如圖5所示，數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理電路由模數(shù)轉換器和單片機或DSP構成，實現(xiàn) 數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理；可采用公知技術。
所述的支架1上設有啟動線圈旋轉彈力裝置，啟動線圈旋轉彈力裝置主要由簧片彈力 調(diào)節(jié)螺桿7、螺母8、簧片9、壓簧鐵桿13組成，簧片9位于支架1的空腔內(nèi)，簧片9一端 與支架1固定連接(由螺絲)，簧片9的另一端懸空，簧片9的上面設有簧片彈力調(diào)節(jié)螺桿 7，簧片彈力調(diào)節(jié)螺桿7旋入螺母8內(nèi)，螺母8與支架1固定連接(旋入簧片彈力調(diào)節(jié)螺桿 7，可使簧片9的彎曲程度變大)；壓簧鐵桿13固定在線圈框架5上，線圈框架5與支架1 的上端面(或地面)平行時，壓簧鐵桿13壓住簧片9。啟動線圈框架5旋轉的力矩由支架 上的彈簧片9提供，力矩的大小由簧片的彎曲程度決定，由一可調(diào)節(jié)的螺桿7來調(diào)整初始 的彈簧彎曲程度。
所述的地磁感應線圈繞組6的線圈匝數(shù)為1000匝，線圈的直徑為0.3mm銅線。由于地 磁場很弱，為了獲得較大的感應電流信號，線圈采用多匝繞制方式，本發(fā)明線圈匝數(shù)為1000 匝。所述的支架1為正方體形鋁合金支架。
一.地磁場測量的基本原理：
1)閉合的地磁感應線圈繞組(金屬線圈)在地磁場中轉動時，切割地磁場的磁力線產(chǎn) 生感應電動勢。用該實驗儀測量地磁場水平或垂直分量時，先用指南針和水準儀對儀器的 方位和水平度進行調(diào)整，使所測磁場分量方向與線圈面垂直。在感應線圈大小的范圍內(nèi)地 磁場可看成是均勻的，當半徑為r的繞有n匝線圈的地磁感應線圈旋轉180°后，地磁場的 分量可由下式得到：
其中：Bp和Br分別是地磁場的水平分量和垂直分量，it是t時刻地磁感應圈中的感應電流， R為線圈的電阻，Δt是采樣的時間間隔。
2)地磁場大小及方向的計算：
依據(jù)以上測量結果計算地磁場的大小和方向,計算式如下：
地磁場大小為：
磁場與地面的夾角為：
θ＝arctan(Bv/Bp)??????????(3)
式中B為地磁場大小，Bp為地磁場的水平分量，Bv為地磁場的垂直分量，θ為磁場與 地面的夾角。
3)地磁場測量儀的原理框圖如圖1所示，在測量過程中，微弱的感應電流由前置放大 器進行放大，并將電流信號轉變成電壓信號，再通過AD轉換將模擬電壓信號轉換為數(shù)字信 號，然后由單片機或DSP進行數(shù)字信號處理和數(shù)據(jù)計算，得到地磁場的感應強度。數(shù)據(jù)采 集時間由兩個槽形光電耦合器信號變化的間隔給出。
二.測量地磁場水平與豎直分量操作說明：
在測量地磁場水平和豎直分量時，儀器的放置方式有一定要求，具體操作步驟如下：
1.在測量地磁場的水平分量時，儀器水平放置，使空心轉軸14(如圖2所示，即線圈 繞組的轉動軸)與南北方向平行(用羅盤進行校正)，按照電路原理框圖(如圖1所示)連 接好線路。
2.測量前將線圈框架5轉到與支架1的上端面平行時，壓簧鐵桿13壓住簧片9，同時， 線圈框架5被起始轉動彈簧扣12扣住。測量時，板動彈簧扣12，線圈框架5脫離線圈起始 轉動彈簧制動器12，在簧片9的彈力作用下，繞空心轉軸14轉動180°后，由線圈終止轉動 彈簧制動器3扣住。觀察翻轉速度，若速度過慢(大于1s)，調(diào)整簧片彈力調(diào)節(jié)螺桿7加大 簧片彈力。
3.若彈力合適，重復步驟2，點擊儀器控制面板上的復位鍵，此時儀器顯示“ready?to measure”，準備測量。按下線圈起始轉動彈簧扣12，儀器開始測量，采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集 完畢，儀器自動計算，顯示測量結果，此時測量結果為水平方向地磁場分量。
4.按任意鍵進入中間數(shù)據(jù)觀察過程。按照屏幕顯示提示進行操作，記下線圈繞組轉動 時隨時間變化的感應電動勢。按照測量原理手工算出水平方向的磁場分量Bp。多次測量取 平均值。
5.將儀器垂直放置，空心轉軸14垂直于地面，支架1的方框面與南北方向垂直。重 復步驟1，2，3，4。測出垂直地磁場分量Bv。多次測量取平均值。
程序設計：
(1)程序初始化；
(2)掃描鍵盤；
(3)判斷測量鍵是否按下，若按下，開始數(shù)據(jù)測量；
(4)等待光槽信號指示線圈開始轉動；
(5)AD開始轉換數(shù)據(jù)；
(6)光槽信號指示線圈轉動停止；
(7)數(shù)據(jù)處理、存儲數(shù)據(jù)，顯示結果；
(8)提示是否進行與計算機通訊，傳送數(shù)據(jù)，選擇“是”，開始傳送數(shù)據(jù)；選擇“否”， 返回進行鍵盤掃描。
| 標題 | 發(fā)布/更新時間 | 閱讀量 |
|---|---|---|
| 地磁場擾動實時分析預報系統(tǒng) | 2020-05-14 | 518 |
| 教學用地磁場測量實驗裝置 | 2020-05-14 | 904 |
| 基于Wi-Fi和地磁場的室內(nèi)定位方法 | 2020-05-15 | 603 |
| 感應式地磁場測量實驗儀 | 2020-05-16 | 451 |
| 地磁場檢測儀 | 2020-05-11 | 50 |
| 監(jiān)視器的地磁場自動校正裝置及方法 | 2020-05-13 | 922 |
| 海洋固定平臺高精度地磁場監(jiān)測系統(tǒng) | 2020-05-14 | 355 |
| 一種地磁場空間延拓算法的評估方法 | 2020-05-15 | 340 |
| 一種地磁場觀測系統(tǒng) | 2020-05-16 | 302 |
| 自動模擬地磁場裝置 | 2020-05-16 | 580 |
高效檢索全球?qū)＠?/div>專利匯是專利免費檢索,專利查詢,專利分析-國家發(fā)明專利查詢檢索分析平臺，是提供專利分析，專利查詢，專利檢索等數(shù)據(jù)服務功能的知識產(chǎn)權數(shù)據(jù)服務商。
我們的產(chǎn)品包含105個國家的1.26億組數(shù)據(jù)，免費查、免費專利分析。
分析報告專利匯分析報告產(chǎn)品可以對行業(yè)情報數(shù)據(jù)進行梳理分析，涉及維度包括行業(yè)專利基本狀況分析、地域分析、技術分析、發(fā)明人分析、申請人分析、專利權人分析、失效分析、核心專利分析、法律分析、研發(fā)重點分析、企業(yè)專利處境分析、技術處境分析、專利壽命分析、企業(yè)定位分析、引證分析等超過60個分析角度，系統(tǒng)通過AI智能系統(tǒng)對圖表進行解讀，只需1分鐘，一鍵生成行業(yè)專利分析報告。
