[发明专利]基于磁致伸缩原理的便携式交变磁场测量仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量技术领域的仪器，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。

背景技术

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ε_m也不同，其大小与cosθ成正比。其测量范围可达到7.96～7.96×10⁴A/m。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79.6～7.96×10⁴A/m。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，中国专利名称为“无源固态磁场传感器”，专利号为ZL99239314.0的发明专利，该专利中提出：用磁致伸缩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缩元件为佳，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：所用的磁致伸缩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，由于磁致伸缩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。

发明内容

本发明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缩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。

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明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。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，但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，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C1一端连接，电容C1的另一端与二极管D1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、MOS管(3D01E)的漏极连接，二极管D2的正极与电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端连接，MOS管(3D01E)的源极与电阻R4的一端、电阻R2的另一端、MOS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缩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。

所述磁致伸缩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。