[发明专利]具有线性磁通密度的磁体

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有线性磁通密度的磁体，该磁体磁通密度线性地变化。 尤指一种具有线性磁通密度的磁体，通过改变磁体的形状和磁化模式，使用磁 通传感器更精确地测量与相对磁体线性变化的位移成比例的位移，同时也使磁 通密度对应于位移线性地(或直线地)变化。

背景技术

磁体是具有磁力并能吸附铁粉的物体。术语“永磁体”意指具有强磁力的 磁体，其产品用于工业中。永磁体通常被称为磁体。

磁体能够吸附放置于其周围的铁片。受磁力作用的空间称为磁场。也就是 说，磁体产生磁场。磁场的形状可以通过由铁粉得到的磁场图案而确定。如果 在磁体上放置一张厚的白纸，再将铁粉均匀撒在白纸上，就可以看到磁场图案。 将小磁针放置在所述图案上时，小磁针指向磁力线方向。磁力线从磁体的N极 指向磁体的S极。

两磁极之间的力遵循库仑定律，其中力与两磁极之间的距离的平方成反比， 与磁极强度成正比。磁极强度和两磁极之间的距离的乘积定义为“磁矩”。磁极 实质上由一对具有相同强度的N极和S极构成，因而磁距不应视为磁极强度而 应视为一个基本物理量。磁矩是一个从S极指向N极的矢量。计算两个磁距之 间的力时，力与距离的四次方成反比。因此，两个磁体之间的吸引力随两个磁 体彼此接近而增大，随两个磁体彼此距离增大而快速减小。

通过改变磁畴的形状、配置和方向实现磁化。上述各特征几乎不变的物体 一旦被磁化，即使磁场减小到0也不会恢复到初始状态，因而仍保留有磁矩。 这种具有大剩余磁化强度的物体是永磁体。

术语“磁通量”意指在垂直于磁通密度或磁感应方向上的截面积分得到的 量。磁通量的单位在CGS单位系统中是麦克斯韦(Maxwells)，Mx，而在MKS 单位系统或SI单位系统中是韦伯(Webers)，Wb。当通过线圈的磁通量随时间 变化时，在线圈的两端感应出与变化率成比例的电压(法拉第电磁感应定律)。 电压的方向与阻止电流引起的磁场变化方向相同。这称为“楞次定律”。磁通量 由通过永磁体或线圈的电流而产生。

对应于检测磁场的各方法已经有不同类型的传感器，最广为人知的传感器 是霍尔传感器。霍尔传感器以下述方式工作，即当电流流过半导体器件(霍尔 器件)的电极时沿垂直于半导体器件(霍尔器件)的方向施加磁场，在垂直于 电流和磁场的方向上即可产生电势。

最简单的用于测距的仪器是使用永磁体和传感器来检测磁通量的仪器。该 仪器能测量随相对于永磁体的距离变化而变化的磁通密度，并根据传感器产生 的电势来测量距离。

然而，由于永磁体产生的磁通密度不是随距离而线性产生，因此需要在仪 器中提供用于非线性补偿的程序或电路以使该仪器用作传感器来有效地测量距 离。因此，该仪器仅当满足此条件时才可以起精确测量距离的作用。此外，为 了补偿取决于距离的单一磁场产生的非线性磁通密度的分布，已经对通过不同 类型的磁体与多个磁体的结合使用来获得具有线性磁通密度的结构开展了广泛 的研究。

近来，已经研究出了不同类型的非接触式距离测量仪器，每一仪器在线性 范围或者在角度范围内，都可以检测物体的绝对位置，并测量线性位移和角位 移。

现有多种非接触方式的检测测量位置的方案。尽管使用滑动电阻或电位计 的仪器是最典型的，但其可靠性不能令人满意。尽管光学定位器具有用于读取 光学范围如狭缝范围的光学传感器，但其结构更加复杂。此外，尽管记录在磁 介质上的磁范围被磁传感器读取，其结构依然复杂，而且不能检测绝对位置。

也就是说，只有两个任意点之间的距离可以测量。本发明提供一种具有线 性磁通密度的磁体，通过此种磁体可以检测到待检测物体的绝对位置，而且此 种磁体结构非常简单、测量范围大、可靠性高。

传统的仪器设计为在磁传感器14相对永磁体12并沿永磁体12的极轴方向 移动时测量距离。图1是用于检测位置的传统的仪器(下文称“位置探测仪”) 的透视图。图中，永磁体12与磁传感器14相对设置。在这种情况下，永磁体 12和磁传感器14之间的距离L可能变化。也就是说，允许两个元件相对移动。 磁传感器14相对于永磁体12沿着永磁体12的极轴方向移动。从永磁体12产 生的磁场被磁传感器14中的敏感磁感应器件检测到，距离L由从磁传感器14 输出的显示信号显示并检测。然而，在上述描述的结构中，具有高度线性特性 曲线的有效距离非常短。