[实用新型]基于LabVIEW的三线圈微特斯拉磁场测量仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及磁场测量技术领域，特别涉及一种基于虚拟仪器技术LabVIEW的三线圈微特斯拉磁场测量仪。

背景技术

磁场的测量有多种方法，较为常用的有电磁感应法、霍尔效应法、核磁共振法、磁通门法、磁饱和法、塞曼效应法、磁阻效应法、超导量子干涉器件法和磁光效应法等。现有的常用工业测量磁场的方法基本上有两种，一种是利用感应法测量磁场(线圈式)。如在亥姆霍兹线圈上通以电流，利用亥姆霍兹线圈所产生的感应电动势，通过计算所得在亥姆霍兹线圈某点的磁场强度。另一种是利用霍尔元件测量磁场(霍尔式)。根据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。霍尔磁强计探头小巧、使用方便，成为应用最普遍的一种磁场测量仪，但是其温度稳定性较差，线性度不好，价格相对较高，测量范围较小，精度一般在0.5％-5％之间。电磁感应法则具有良好的温度稳定性和线性度，以及测量范围大，精度可达0.01％-1％，非常适用于较精密的稳态磁场的测量。

现有磁场测量仪在测量磁场时往往只能测量磁场大小，而不能显示磁场方向，磁场测量容易受到外界影响，不能直接运用于工业自动化生产线上进行磁性产品检测、计数及自动化操作。

虚拟仪器软件开发平台LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench)是由美国国家仪器(NI)公司研制开发的一种图形化的编程开发环境，它可以使我们以最少的成本、最快的速度开发出灵活、可升级的测试、测量与自动化的应用程序。使用LabVIEW，工程师和科学家们可以采集到真实信号，分析数据以获得有用的信息，并且共享实验结果和应用程序，因而它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高稳定、高精度、小误差的基于LadVIEW的三线圈微特斯拉磁场测量仪，它能直接显示待测微特斯拉磁场的大小及方向，并能运用于工业自动化生产线上。

本实用新型所提出的技术解决方案是这样的：

一种基于LabVIEW的三线圈微特斯拉磁场测量仪，包括直流电源、新型三线圈磁场测量棒，待测微特斯拉级磁场，支架、数据采集卡和计算机，所述数据采集卡输出端与装有LabVIEW编写的软件的计算机输入口相连接，还设有由支架支承的三线圈磁场测量棒，该三线圈磁场测量棒的探头位于所述待测微特斯拉级磁场中，该探头信号输出端与所述数据采集卡输入端相连接。

所述三线圈磁场测量棒由探头、高速电机、传动轴组成并由外壳包裹，高速电机输出轴通过传动轴驱动探头高速旋转。

所述探头由铁芯、线圈、换向器、电刷组成，所述换向器由各占1/3导电金属环的第1、2、3瓣换向器组成，线圈由三个中心轴互成120°角的第1、2、3线圈组成，第1线圈的内、外线端分别与第1、3瓣换向器匹配连接，第2线圈的内、外线端分别与第1、2瓣换向器匹配连接，第3线圈的内、外线端分别与第2、3瓣换向器匹配连接，所述换向器通过传动轴驱动旋转，一对平行电刷通过电刷盖固定在三线圈磁场测量棒的外壳上。

所述基于LabVIEW编写的软件由数据采集、信号分析、信号消噪稳压、频率抖动消除、校零、定标、显示、记录8个主模块顺序连接组成。

所述数据采集模块是通过采用编写的半满查询方式反复调用相关函数进行大容量数据采集。

所述信号分析模块是用于从存储器中读取数据并将其保存在信号数组中。通过调用信号分析模块中的单频测量和Basic DC/RMS两个子模块分离出信号中的直流分量和频率。

所述信号消噪稳压模块是采用同步叠加平均法抑制噪声。调用统计函数求出电压的算术平均值，尽量消除各种噪声信号影响，避免在测量微特斯拉级磁场时会跳动很厉害，实现对微特斯拉级磁场精确测量。

所述频率抖动消除模块利用探头在磁场中转动时直流分量跟转速成正比，而信号的频率与电机的转速成正比，将信号的直流分量除以信号频率从而消除电机转速的影响，不再受电机转动不稳定的影响，实现信号频率抖动消除。

所述校零模块在测量目标磁感应强度为零时，开启电机，点击校零按钮，编写的软件会自动将测得的值取反后作为校零值；在校零后的正式测量中，软件又会自动地将测得的值与校零值求和后定为测量值，以达到校零的目的，有效消除地磁场和其它背景噪声磁场的影响。

所述定标模块即对中W(为系统常量)的确定。由于本系统的线性度很高，因此只需要在一个标准的磁场中定标一次即可。

所述显示模块即通过软件在计算机上同时显示磁场测量的大小和方向。