高频磁场检测装置的设计
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探测铁质物体是否在位的几种方法探测铁质物体是否在位有常用的四种方法:一、采用接近开关接近开关,也被称为位移传感器,是一种无需与运动部件进行机械直接接触而可以操作的位置开关。
当物体接近开关的感应面到动作距离时,不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作,从而驱动直流电器或给计算机(PLC)装置提供控制指令。
接近开关由振荡电路、检波电路、输出电路三部分构成。
接近开关的工作原理是,当被测物体接近探头时,一旦二者距离小于某一数值,接近开关动作,开闭状态改变,发出接近信号;当被测物体远离探头时,一旦二者距离大于某一数值,接近开关再次动作。
接近开关不需要与被测物体发生接触,无机械损伤的风险。
这里的接近开关,一般采用无源接近开关。
无源接近开关不需要电源,这里有两种类型:1、无源磁性接近开关无源磁性接近开关通过磁力感应控制开关闭合的状态,是一种非接触式的开关,不需要维修而且环保。
它利用电磁工作原理来检测物体的接近或离开,通常由两个主要部分组成:磁体和感应线圈。
磁体通常由永久磁铁或电磁磁铁构成,产生一个磁场。
感应线圈则是一个线圈,通常由绝缘导线制成,绕绕在磁体附近。
当磁性接近开关靠近一个金属物体时,磁体的磁场会对这个物体产生作用。
如果物体是铁质或其他强磁导体,它会被磁力吸引,接近开关的状态将改变。
当物体接近开关时,磁体的磁场会影响感应线圈中的电流。
这个电流的变化会被感应线圈所连接的电路分析,并触发适当的操作。
因此,磁性接近开关的原理主要是基于磁场的吸引和磁场的变化来检测物体的接近或离开,从而实现控制和监测的目的。
2、无源电感式接近开关无源电感式接近开关采用位移传感器进行探测,电感式接近开关是一种有开关量输出的位置传感器,它由LC高频振荡器和放大处理电路组成,利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时,使物体内部产生涡流。
这个涡流反作用于接近开关,使接近开关振荡能力衰减,内部电路的参数发生变化,由此识别出有无金属物体接近,进而控制开关的通或断。
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非接触式直流电流检测装置设计
摘要
随着我国特高压直流输电网络的发展,电力行业面临着各种以计算机为核心的新技术应用的挑战,使得传统的直流电流互感器难以满足电力系统进一步发展的要求,因此迫切需要智能化、数字化、小型化的电流互感器面世。
在比较各种直流测量原理的基础上,本文提出了基于霍尔效应检测直流电流的方法。
霍尔效应传感器检测出待测电路电流引起的磁场的大小,将磁感应强度的大小转化成相应的电压值,然后电压信号再经过信号放大器,A/D转换送到单片机AT89C51中进行数据处理,最后经过LCD显示出被测电流。
关键词:直流检测;霍尔效应;互感器;AT89C51
The Design of Non-contact DC current sensing device
第 1 页共34 页。
磁通量的在线检测方法-回复磁通量是描述磁场强度的重要物理量,在电磁学和磁性材料等领域具有广泛应用。
在线检测磁通量的方法对于实时监测和控制磁场的变化至关重要。
本文将介绍一种常用的在线检测磁通量的方法,并一步一步回答相关问题。
第一步:理解磁通量的定义磁通量(Φ)定义为磁场B通过垂直于其流动方向的某一平面的总磁场量,可以用数学表达式表示为Φ= B * A * cos(θ),其中B是磁场的磁感应强度,A是与磁场相交的平面面积,θ是磁场与平面法线之间的夹角。
第二步:了解磁通量在线检测方法的原理磁通量在线检测的方法基于磁感应法,即通过测量感应电动势来间接测量磁场的强度。
根据法拉第电磁感应定律,当磁场的磁感应强度发生变化时,会在线圈中产生感应电动势,该电动势与磁通量的变化成正比。
因此,通过测量产生的感应电动势,可以间接获得磁通量的值。
第三步:选择合适的传感器在磁通量在线检测中,选择合适的传感器非常重要。
常用的磁通量传感器包括霍尔效应传感器、磁阻传感器和电感传感器等。
这些传感器利用磁场和材料的特性,将磁场强度转化为电信号输出。
- 霍尔效应传感器:基于霍尔效应的传感器利用材料的霍尔系数来测量磁场的强度。
该传感器能够测量较小的磁场变化,并且具有较高的精度和响应速度。
- 磁阻传感器:磁阻传感器利用材料的磁阻特性来测量磁场的强度。
该传感器可以用于广泛的应用领域,由于其简单的结构和较低的成本而受到广泛关注。
- 电感传感器:电感传感器利用电感的变化来测量磁场的强度。
该传感器对于较大的磁场变化具有较高的灵敏度,但在较小磁场变化的检测中可能不够精确。
第四步:检测电路设计和测量方法在实际应用中,为了测量磁通量,需要设计相应的检测电路。
检测电路的目标是将传感器输出的电信号进行信号放大、滤波等处理,以得到准确的磁通量值。
常用的检测电路包括放大器、滤波器和模数转换器等。
此外,为了保证测量的准确性,还需要进行校准和线性化处理,以消除传感器和电路的非线性误差。
磁力加速器原理磁力加速器是利用磁力场的作用将一个物体加速或减速的装置。
它基本的原理是利用磁场对电子或电离气体产生的离心力,从而推动对象在加速器中移动。
磁力加速器通常被用于加速质子或离子束,应用于加速器、核反应堆、电子显微镜等领域,是现代科技的重要成果之一。
磁力加速器的运作原理非常简单。
基本上,它包括两个磁极,一个磁电子管和一个加速室。
磁极中通有直流电流,甚至可以使用超高频交流电流,形成强大的磁场。
当电子或离子进入加速室时,它们会受到磁场的作用,并受到一个向外的离心力。
由于物体受到的离心力取决于物体的质量和运动速度,因此质量越大,速度越快,离心力就越大。
这意味着在磁力加速器中,质子或离子会被加速到极高的速度。
一个典型的磁力加速器系统由以下几个组成部分构成:1. 加速管:负责将粒子加速到高速运动状态。
2. 磁聚焦系统:负责将离子束进行聚焦,控制束流的精度。
3. 高频加速装置:负责向离子束提供能量,进一步增加束流的速度。
4. 检测或探测系统:负责检测到达终点的离子束的性质和速度,确保精度和正确性。
由于磁力加速器的原理很简单,因此它可以很容易地被设计成非常灵活,以匹配多种应用需求。
例如,在粒子加速器中,可能需要将粒子加速到特定的速度,这就需要调整磁力场的强度和放置磁场的位置。
还可以使用不同类型的离子作为原料进行加速,以便获得所需的输出。
此外,磁力加速器还可以被用于相对论物理实验中。
由于相对论理论预测质子或雪球能够以相对论速度移动,磁力加速器可以帮助实验人员模拟这些现象,以探索引力和物质之间的相互作用和基本结构。
总之,磁力加速器是一种非常强大和有用的装置,它已经在许多领域展现出其价值。
它的基本原理是利用磁场对物体产生的离心力,以推动对象在加速器中运动。
虽然它的应用范围非常广泛,但磁力加速器仍然需要进一步的研究和改进,以满足更多需要。
漏磁法钢丝绳断丝检测装置的设计分析摘要:文章以钢丝绳为研究对象,为了提高漏磁法钢丝绳断丝检测装置的功能和作用,要对漏磁法钢丝绳断丝检测装置的设计进行分析,提高钢丝绳断丝检测装置的服务能力提升,推动钢丝绳的服务能力提升,推动相关行业的稳步健康发展。
关键词:漏磁法;钢丝绳;断丝;检测装置;设计分析钢丝绳在很多领域中,都有较好的应用价值,可以在矿井、电梯、缆车等行业中,但是在钢丝绳应用时,钢丝绳容易受到其他因素的影响,会造成电梯出现断丝的情况,这种情况,会影响钢丝绳的服务能力。
所以针对钢丝绳想要提高它的功能和作用,要对漏磁法钢丝绳断丝检测装置进行利用,实现对断丝的合理检测,提高钢丝绳的服务能力,使其在工作中,能满足安全作业。
基于此,文章结合钢丝绳的基本情况,对漏磁法钢丝的断丝监测装置的设计进行研究,使得断丝得到合理检测,提高钢丝绳的服务作用。
1.漏磁法钢丝绳断丝检测装置的简单分析在钢丝绳应用时,要使得钢丝绳在工作时,能保持较好的服务作用。
但是,在钢丝绳服务期间,钢丝绳会受到断丝的问题影响,一旦出现断丝问题,钢丝绳的功能和服务作用,就会受到影响,甚至出现严重安全隐患。
密封钢丝绳是金属材制品中的一种结构紧密、表面光滑、密封性相对较好的特性,其在应用时,会有服务年限久、耐久性好,平稳性高等特点。
以宁夏恒力钢丝绳有限公司20世纪60年代末开始制密封钢丝绳,其中,72A钢号的盘条生产,还有钢丝精度不足满足作业需求。
具体作业中,工艺替代技术使用冷轧+模拉工艺,连续模拉工艺替代过去的单拉工艺。
实现对外层Z型钢丝牌号单一,所采用的方法包括高强度钢种、型钢丝满足钢丝断丝检测的需求,促使钢丝绳能很好地为相关工艺提供服务。
为了提高钢丝绳的功能和服务作用,要对钢丝绳进行控制,提高钢丝绳的服务作用。
所以工作中,还要对钢丝绳断丝问题进行研究,要对漏磁法钢丝的断丝监测装置进行应用,它的应用,可提升漏磁法钢丝的断丝监测装置的功能和作用,进一步提升钢丝绳的服务作用。
磁传感器的原理和应用1. 引言磁传感器是一种能够通过检测磁场变化来测量物理量的装置。
它们通常由感应器和信号处理器组成,能够将磁场的变化转化为电信号,并进行相应的处理。
磁传感器的原理和应用在很多领域都有重要的作用,例如自动化控制、电子设备等。
本文将介绍磁传感器的工作原理以及一些常见的应用领域。
2. 磁传感器的工作原理磁传感器工作的原理基于磁场对物体产生的作用力或效应。
根据磁场的性质,磁传感器可以分为多种类型,如磁电传感器、霍尔传感器、磁阻传感器等。
下面将分别介绍几种常见的磁传感器工作原理。
2.1 磁电传感器磁电传感器是一种利用磁敏材料的磁电效应测量磁场的装置。
当磁场变化时,磁敏材料会产生电势差,从而测量磁场的强度和方向。
磁电传感器具有响应速度快、精度高等优点,在磁共振成像、无线通信等领域有广泛的应用。
2.2 霍尔传感器霍尔传感器是一种基于霍尔效应实现磁场测量的装置。
当电流通过霍尔元件时,磁场会引起电荷在霍尔元件两侧分布不均,从而产生电压差。
霍尔传感器可以测量静态和动态磁场,并具有灵敏度高、响应速度快等优点,在物流、汽车电子等领域有广泛应用。
2.3 磁阻传感器磁阻传感器是一种基于磁阻变化实现磁场测量的装置。
它利用磁场对磁阻的影响,将磁场的变化转化为电阻的变化,并测量电阻的变化来确定磁场的强度和方向。
磁阻传感器具有结构简单、体积小等优点,在磁力计、磁测量仪等领域有广泛应用。
3. 磁传感器的应用磁传感器的应用非常广泛,下面列举几个常见的应用领域。
3.1 自动化控制磁传感器在自动化控制领域有着重要的应用。
例如,在机械设备中,磁传感器可以用于检测物体的位置、速度、方向等参数,并通过信号处理器将这些参数转化为控制信号,实现自动化的控制。
磁传感器的高精度和可靠性使其在自动化控制领域得到了广泛应用。
3.2 磁共振成像磁共振成像是一种通过磁场对原子核的作用来获取图像的技术。
磁传感器在磁共振成像中起到了关键的作用,可以测量磁场的强度和方向,从而实现对原子核的激发和控制。
Hans Journal of Biomedicine 生物医学, 2020, 10(2), 19-25 Published Online April 2020 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/hjbm https://doi.org/10.12677/hjbm.2020.102004
文章引用: 王佳伟, 田磊, 秦治, 郑少男, 薛晓龙, 李波. 高频磁场检测装置的设计[J]. 生物医学, 2020, 10(2): 19-25. DOI: 10.12677/hjbm.2020.102004
Design of High Frequency Magnetic Field Detection Device
Jiawei Wang, Lei Tian*, Zhi Qin, Shaonan Zheng, Xiaolong Xue, Bo Li School of Life Sciences, Tianjin Polytechnic University, Tianjin
Received: Apr. 2nd, 2020; accepted: Apr. 17th, 2020; published: Apr. 24th, 2020
Abstract In order to study the influence of high-frequency excitation source on the characteristics of mag-netic field produced by transcranial magnetic stimulation coil, and to solve the problem that the current general Tesla meter can only detect the constant medium strong magnetic field, and a few Tesla meters can only detect the alternating magnetic field below 200 Hz. Therefore, based on Fa-raday’s law of electromagnetic induction, a detection device for detecting alternating high fre-quency magnetic field above 70 kHz is designed. The magnetic field detection device is composed of ad8130 module circuit and two ne5532 module circuits, which can detect the alternating signal with the frequency of 10 khz - 60 mhz and the amplitude of 0 - 25 v almost without distortion; ad8130 module is the differential amplifier module, ne5532 module is the operational amplifier, and the two modules jointly use to amplify the induced electromotive force received by the detec-tion coil by 6615 times.
Keywords Magnetic Field Measurement, Power Amplifier, Operational Amplifier, Coil
高频磁场检测装置的设计 王佳伟,田 磊*,秦 治,郑少男,薛晓龙,李 波 天津工业大学,生命科学学院,天津
收稿日期:2020年4月2日;录用日期:2020年4月17日;发布日期:2020年4月24日 *通讯作者。 王佳伟 等 DOI: 10.12677/hjbm.2020.102004 20 生物医学
摘 要 为了研究高频激励源对经颅磁刺激线圈产生的磁场特性的影响,同时为解决目前通用特斯拉计只能检测恒定中强磁场、少数特斯拉计也仅能检测200 Hz以下的交变磁场的问题。因此,基于法拉第电磁感应定律,研究设计了用于检测70 kHz以上的交变高频磁场的检测装置。该磁场检测装置由AD8130模块电路与两个NE5532模块电路级联而成,可几乎无失真地检测到频率10 KHz~60 MHz、幅度0~25 V的交变信号;AD8130模块是差分放大模块,NE5532模块是运算放大器,这两个模块联合使用将检测线圈接收到的感应电动势大小放大6615倍输出。
关键词 磁场测量,功率放大器,运算放大器,线圈
Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
1. 引言 随着科技的发展,交变磁场的应用日益广泛。其应用已深入到工业技术、农业技术、国防科技、实验技术以及生物医学等各个领域。在生物医学领域,尤其是重复经颅磁刺激(transcranial magnetic stimu-lation, TMS)的应用中,常涉及的磁场为高频交变磁场[1]-[6]。交变磁场测量的方法有:电磁感应法、霍尔效应法、磁阻效应法、磁饱和法、磁共振法、磁光法等[7]。本设计采用较为简单的电磁感应法,当一线圈中的电流发生变化时,在临近的线圈中会产生感应电动势,叫做互感现象,通过互感,可以实现信息的远距离传输、记录、显示和控制,并在精密尺寸检测、精密位移测量、机械运动的测量和控制、航空航天等许多领域有广泛的应用[8] [9]。由于我们用的线圈激励源为交流电,所以产生的磁场为变化的磁场。对于交流高频磁场目前没有有效测量的仪器,由于大部分线圈通交流电产生的是变化的磁场,可以利用互感原理测量互感线圈的电压大小来衡量被刺激线圈产生的磁场大小。因此,此交流磁场检测装置的设计对推动微磁刺激装置的研究具有重要意义。
2. 系统组成与测量原理 2.1. 系统框架 交流磁场检测装置主要由接收线圈、AD8130模块、NE5532模块三部分组成,如图1所示。由高频激励源给微磁线圈通电,通电线圈就会产生高频磁场,检测电路将检测线圈接收到的感应电动势通过由AD8130差分运算放大器和NE5532双运算放大器为主控芯片的信号检测模块,得到放大约100倍的电压信号。
2.2. 通电线圈产生的交流磁场的检测原理 根据法拉第电磁感应定律,把匝数为N,截面积为S的探测线圈放在磁感应强度为B的目标磁场中,保持线圈中心轴线与待测磁场磁力线方向平行,当通过探测线圈的磁通量Ψ发生变化,线圈中就会产生感应电动势。采集探测线圈的感应电动势信号ξ或其积分信号Ψ,进行处理和分析就能得出待测磁场的王佳伟 等 DOI: 10.12677/hjbm.2020.102004 21 生物医学
磁感应强度B。基于测量原理,探测线圈应尽量满足以下要求: 1) 线圈截面积尽可能小,以使线圈所覆盖范围内的磁场能近似均匀,测量结果近似反映线圈所处位置的轴向点磁场值; 2) 探测线圈对测量点磁场产生影响应尽可能小; 3) 探测线圈平面应垂直于磁场方向[10]。
Figure 1. System structure diagram 图1. 系统结构图
由于线圈磁场的频率太高,目前没有测量高频交变磁场的装置,为了得到可靠的接收数据,通过互感的原理来检测线圈产生的磁场大小。自制接收线圈作为接收被激励线圈产生的磁场信号的“天线”,如图2所示。接收到的感应电动势通过差分放大电路、多级运算放大电路大的放大后输出。
Figure 2. Spiral ring 图2. 螺绕环
利用线圈互感,当负载线圈中通过变化的电流时,会在周围产生磁场,通过测量线圈的磁通量发生变化,从而产生感应电动势。因为磁场与电流大小成正比,当负载一定时,电流与电压成正比,即可通过感应电动势的大小来衡量负载线圈中的磁场大小,测量线圈中的感应电动势小,说明负载线圈产生的磁场小,反之亦然。图2感应电压计算过程如下: 取线圈匝数:N = 20 负载线圈中的电流:i = 0.1sin20000πt 线圈有限半径:r = 35.2510−× m
即频率:f = 10 KHz;
磁场:0
032B2π200.1sin20000πt2π5.25107.6220000πt10mTnNirnsin−
−
=××=
××
=× 测量线圈的半径:R = 0.01 m 测量线圈的有效面积:22S2π0.01m=× 王佳伟 等 DOI: 10.12677/hjbm.2020.102004 22 生物医学
测量线圈中的磁通量:21NBSϕ= 互感系数:NBSMi=
感应电动势:52ddNBSdd207.62sin20000π102π0.01d0.1sin20000πd6.02cos20000πmViMtiittitttε−
=×=××××××
=× 螺绕环:环内磁场0B2πnNir=
环外磁场B = 0。 2.3. 检测模块的硬件设计 监测模块硬件电路设计如图3所示。设计采用AD8130和NE5532组成。AD8130为差分至单端放大器,在高频时具有极高的共模抑制比(CMRR) [11]。因此,这些器件也可以有效地用作高速仪表放大器,或用于将差分信号转换为单端信号。NE553是高性能低噪声双运算放大器(双运放)集成电路。与很多标准运放相似,但它具有更好的噪声性能,优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽,电源电压范围大等特点。 设计采用同向放大电路,同向放大电路具有输入阻抗足够大的优点。放大倍数为A = 1 + Rf/R。前级
采用以AD8130差分放大芯片为基础构成差分放大电路,差分放大电路放大倍数为1。后级以NE5532集成运放为核心构成运算放大电路。放大电路总共用了4级放大。放大倍数依次为3倍、21倍、5倍、21倍,共放大6615倍。