[发明专利]一种高精度相对磁场强度测量装置

摘要

本发明属于相对磁场强度的探测领域，具体涉及一种适用于高等院校物理实验教学领域，用于验证毕奥-萨法尔定律的高精度相对磁场强度测量装置。本发明包括磁阻传感装置、中央控制处理模块、固定导轨装置。该发明完全采用双轴磁阻传感器和双向偏置差值算法，能够有效消除或减少外界干扰，提高测量精度，其精度可达0.001mT。该发明系统运行稳定，集成度高，成本低，传感装置使用灵活，操作界面简单直观，适用范围广阔。

主权项

一种高精度相对磁场强度测量装置，包括磁阻传感装置、中央控制处理模块、固定导轨装置，其特征在于：磁阻传感装置包括双轴磁阻传感器(6)、保护套管(7)、传感器线缆(9)和套管支架(8)，保护套管(7)安装在套管支架(8)之上，磁阻传感器(6)封闭在保护套管(7)靠近载流线圈(1)的一端，传感器线缆(9)与中央控制处理模块(10)连接；固定导轨装置包括线圈插座(2)、长直导轨(3)，线圈插座固定在长直导轨左端，长直导轨上标有位置刻度,线圈插座用于安插载流导线；中央控制处理模块包括控制/处理器、置位复位电路、放大电路、A/D转换电路及电源，控制/处理器控制置位复位电路为传感器装置提供置位/复位信号，传感器输出的差分电压值通过运算放大器放大后，由控制/处理器驱动模拟/数字转换器将数据读出，进行双向偏置差值抗干扰处理并根据放大电路及模拟/数字转换器参数对相对磁场强度解算，电流元在空间中一点P产生的磁场为：$\stackrel{\→}{\mathrm{dB}}=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}\·\frac{I\stackrel{\→}{d1}\×\stackrel{\→}{r}}{r^3},$任意载流导线在空间中任一点P产生的磁感强度为$\stackrel{\→}{B}=\∫\stackrel{\→}{\mathrm{dB}}=\frac{I\stackrel{\→}{d1}\×\stackrel{\→}{r}}{r^3},$载流导体是有限长直导线或圆形导线，有限长载流直导线空间中一点P的磁场强度为$B=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}I}{4\mathrm{\π}{r}_0}(\cos {\mathrm{\θ}}_1-\cos {\mathrm{\θ}}_2),$圆形载流直导线空间中一点P的磁场强度为$B=\frac{{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{IR}}^2}{2{(x^2+R^2)}^{3/2}},$磁场强度B的方向与电流方向满足右手螺旋法则测得空间一点P处的磁场强度B，利用环境磁导率μ₀、载流线圈电流I、探测器到直导线垂直距离r₀、探测器到直导线两端连线与直导线的夹角θ₁和θ₂计算出磁场强度B′；最后按照用户要求将解算出的磁场强度显示在LCD上。