專利名稱：筆式磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量?jī)x器，確切地說是一種磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量?jī)x器。應(yīng)用于 以下領(lǐng)域①由鋼鐵等磁性材料及此類材料制造的機(jī)械零部件，在制造和檢 修時(shí)，需要進(jìn)行磁力探傷。在其探傷工藝過程中，需對(duì)工件施加適當(dāng)強(qiáng)度的 磁化，其磁化的磁感應(yīng)強(qiáng)度，需要進(jìn)行定量測(cè)量；探傷完成后，需對(duì)工件進(jìn) 行退磁，為使退磁后的剩磁磁感應(yīng)強(qiáng)度控制在某一額定值以下，故亦需要進(jìn) 行定量測(cè)量；②火車、汽車及各種車輛的輪軸，飛機(jī)起落架輪軸，各種發(fā)動(dòng) 機(jī)和運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備的軸頸、軸承，嚙合齒輪副、花鍵副等，經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后可 能產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，當(dāng)這個(gè)磁場(chǎng)累積到一定強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)吸附磁性物質(zhì)顆粒并 滯留在運(yùn)動(dòng)間隙中造成摩擦溫升，輕則縮短設(shè)備壽命，重則釀成突發(fā)事故。 所以，對(duì)上述機(jī)械構(gòu)件需要定期進(jìn)行磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量；③某些特定環(huán)境，由 于地質(zhì)條件影響或人為因素影響，形成環(huán)境磁場(chǎng)污染，影響正?？蒲信c生產(chǎn) 活動(dòng)，甚至危害人體健康。所以，對(duì)于這些特定場(chǎng)所，需要進(jìn)行環(huán)境磁感應(yīng) 強(qiáng)度測(cè)量。
背景技術(shù)：
為解決科研和生產(chǎn)實(shí)踐的需要，人類研制磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量?jī)x器已經(jīng)有數(shù) 十年歷史。截至目前，能夠?qū)嵱玫募夹g(shù)，大體有如下幾種類型①單線圏檢 測(cè)法用一只扁平形狀多匝空心拾磁線圏，當(dāng)被測(cè)磁場(chǎng)有磁力線穿過該線圈 包絡(luò)范圍時(shí)，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。測(cè)量這個(gè)感應(yīng)電壓的值，即可以換算 出4皮測(cè)》茲場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度來。該方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是 拾磁線圏的形狀尺寸精度、拾磁線圏在磁場(chǎng)中的擺放位置、拾磁線圈平面法 線與被測(cè)磁場(chǎng)磁力線的平行度，對(duì)于測(cè)量精度影響顯著。再則，這種結(jié)構(gòu)只 能適用于測(cè)量交變磁場(chǎng)，對(duì)于直流及恒定磁場(chǎng)無法測(cè)量。且不同頻率段的交 變磁場(chǎng)需要使用不同參數(shù)的拾磁線圈，因此，使用不夠方便。而且拾磁線圈 尺寸較大，其總體結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)小型化， 一般只能制造臺(tái)式儀器，因而適用 范圍受到較大限制；②三線圏檢測(cè)法在單線圈檢測(cè)法的拾磁線圈兩側(cè)，對(duì) 稱放置兩個(gè)交流勵(lì)磁線圏，勵(lì)磁線圈所產(chǎn)生的交流磁場(chǎng)，與被測(cè)直流磁場(chǎng)相互疊加。當(dāng)勵(lì)磁磁場(chǎng)的方向與被測(cè)磁場(chǎng)方向一致時(shí)，測(cè)量記錄這兩個(gè)磁場(chǎng)的
算術(shù)和；當(dāng)勵(lì)-茲/磁場(chǎng)的方向與被測(cè)磁場(chǎng)方向相反時(shí)，測(cè)量記錄這兩個(gè)磁場(chǎng)的 算術(shù)差。這個(gè)算術(shù)和與算術(shù)差之間差值的二分之一數(shù)值，經(jīng)數(shù)值換算后，可 得到被測(cè)磁場(chǎng)的直流磁感應(yīng)強(qiáng)度值。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以適用于測(cè)量直流磁 場(chǎng)，缺點(diǎn)是除結(jié)構(gòu)和電路比較復(fù)雜之外，其它基本與單線圈檢測(cè)法相同；(D 永磁體偏轉(zhuǎn)法運(yùn)用指南針在地磁場(chǎng)作用下能偏轉(zhuǎn)指示方位角的原理。其具 體結(jié)構(gòu)是在一塊微型條形永久磁鋼中間設(shè)置一支儀表轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸一端安裝 一片儀表指針；磁鋼、轉(zhuǎn)軸與指針三者之間相互垂直安放構(gòu)成表芯；當(dāng)表芯 置于磁場(chǎng)中時(shí)，磁鋼在磁力線作用下繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)指針沿表盤刻度線偏 轉(zhuǎn)，其偏轉(zhuǎn)的方向和角度，指示出被測(cè)磁場(chǎng)的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度值。該方法 的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、易于實(shí)現(xiàn)小型化。缺點(diǎn)是只能用于直流磁 場(chǎng)測(cè)量、量程狹窄；靈敏度低、測(cè)量誤差大；形位結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、耐振動(dòng)性、 抗過載能力不佳，測(cè)量重復(fù)性較差；因微型磁鋼自身磁性能不夠穩(wěn)定，會(huì)因 其逐步退磁而使測(cè)量誤差漸漸增大，且誤差不能調(diào)整和修復(fù)；④霍爾效應(yīng)測(cè) 量法由特種半導(dǎo)體材料復(fù)合制成的、具有霍爾效應(yīng)特征的四端電子器件， 稱為霍爾元件。當(dāng)霍爾元件置于磁場(chǎng)中其檢測(cè)面有磁力線簇穿過時(shí)，如在該 元件檢測(cè)面兩側(cè)的一對(duì)激勵(lì)端子線上施加一定強(qiáng)度的偏置電流，則元件另一 方向兩側(cè)的一對(duì)輸出端子線上，就產(chǎn)生與磁力線簇方向大小相應(yīng)的電壓，將 該電壓值經(jīng)數(shù)值處理和標(biāo)度變換，即得到該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度量。該方法的 優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單、可以實(shí)現(xiàn)小型化。缺點(diǎn)是通常只適用于直流恒 定磁場(chǎng)測(cè)量。如果用于交變磁場(chǎng)的測(cè)量，處理電路復(fù)雜。因此，這項(xiàng)技術(shù)的 廣泛應(yīng)用，仍在深入開發(fā)之中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種克服上述缺點(diǎn)的，具有適用范圍廣、測(cè)量精 度高、便于攜帶、使用方便的磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量?jī)x器。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為 一種筆式磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì) 由結(jié)構(gòu)組件、電子電路組成，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)組件是硬件的集合，它由線性 霍爾元件磁傳感器、傳感器彈性護(hù)套、液晶數(shù)碼顯示器、儀器標(biāo)牌、，操作按 鈕板、印刷電子電路板、電子電路倉(cāng)蓋板、電池倉(cāng)蓋板、筆式防護(hù)套、磁性 屏蔽罩、電源插座部件配在殼體內(nèi)構(gòu)成筆式形狀；
本電子電路是一個(gè)獨(dú)立完整的磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，它由線性霍爾傳感器 IC1、信號(hào)放大器"IC2、 數(shù)碼顯示器IC5、電源穩(wěn)壓器IC6、電源反相器 IC7、電源電壓測(cè)量分壓取樣電路、電池E、電阻電容元件及外接操作按鍵等
器件構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如下
電子電路包括線性霍爾傳感器IC1的1接點(diǎn)上連接有分壓電阻R2的一 端，分壓電阻R2另一端接入系統(tǒng)的負(fù)電源Vss極，IC1的4接點(diǎn)上連接有限 流電阻R1的一端，限流電阻R1的另一端接入系統(tǒng)的正電源Vdd極；在信號(hào) 放大器IC2上并聯(lián)有可變電阻器R5，信號(hào)放大器IC2的電源正、負(fù)輸入接點(diǎn) 分別接入系統(tǒng)的正、負(fù)電源Vdd極、Vss極，IC2的正向輸入接點(diǎn)IN+連接 于IC1的信號(hào)輸出接點(diǎn)3， IC2的負(fù)向輸入接點(diǎn)IN -與IC1的輸出零位參考 接點(diǎn)3—起，連接到由電阻R3、 R4和電位器W1組成的分壓器的活動(dòng)臂上， 信號(hào)放大器IC2的0UT+輸出接點(diǎn)，連接到嵌入式單片機(jī)IC4中模-數(shù)A/D 轉(zhuǎn)換模塊的一路模擬量輸入接點(diǎn)AINO，嵌入式單片機(jī)IC4的PO. 4、 PO. 3、 PO. 2接點(diǎn)接入數(shù)碼顯示器IC5,數(shù)碼顯示器IC5的電源正極輸入接點(diǎn)接入系 統(tǒng)正電源的Vdd;f及；
電子電路的線性霍爾傳感器IC1、信號(hào)放大器IC2、信號(hào)反相器IC3前 級(jí)功能模塊釆用雙電源供電，而嵌入式單片機(jī)IC4則采用單電源供電，其電 路結(jié)構(gòu)為信號(hào)放大器IC2的OUT+接點(diǎn)同時(shí)還與信號(hào)反向器IC3的IN-接 點(diǎn)相連接，信號(hào)反向器IC3的電源正、負(fù)輸入接點(diǎn)分別接入系統(tǒng)電源的Vdd 極、Vss極，信號(hào)反向器IC3的IN+接點(diǎn)與電阻R9的一端、嵌入式單片機(jī) IC4的GND接點(diǎn)、電源反向器IC7的GND接點(diǎn)、"測(cè)量""校零""復(fù)位"按鍵 一端的接點(diǎn)、電源穩(wěn)壓器JC6的GND接點(diǎn)、數(shù)碼顯示器IC5的電源負(fù)輸入接 點(diǎn)連接后接入電源E的負(fù)極接點(diǎn)；信號(hào)反向器IC3的偏置電阻器R6、 R7的 阻值相等，偏置電阻器R6的一端接點(diǎn)與信號(hào)放大器IC2的0UT+接點(diǎn)相連 接，偏置電阻器R6的另一端接點(diǎn)與偏置電阻器R7的一端接點(diǎn)一起與信號(hào)反 向器IC3的IN-接點(diǎn)相連接，偏置電阻器R7的另一端接點(diǎn)與信號(hào)反向器IC3 的OUT-接點(diǎn)相連后接入嵌入式單片機(jī)IC4的AIN1接點(diǎn)；電阻器R8、 R9與 電位器W2組成電源電壓測(cè)量電路，電阻器R9的另一端接點(diǎn)與電位器W2的 一固定接點(diǎn)相連接，電位器W2的移動(dòng)接點(diǎn)接入嵌入式單片機(jī)IC4的AIN2接 點(diǎn)，電位器W2的另一固定接點(diǎn)與電阻器R8相串聯(lián)連接后與電源穩(wěn)壓器IC6 的IN接點(diǎn)、電源E的正極接點(diǎn)、"電源"按鍵的一端接點(diǎn)相連，"電源"按 鍵的另一端接點(diǎn)接入系統(tǒng)正電源Vdd,"電源"按鍵的另一端接點(diǎn)與此同時(shí)也 與嵌入式單片機(jī)IC4的Vdd接點(diǎn)相連接；"測(cè)量""校零""復(fù)位"按鍵的各 另一端接點(diǎn)分別接入嵌入式單片機(jī)IC4的INT1、 INTO、 RST接點(diǎn)；電源穩(wěn)壓
器IC6的允許端EN接點(diǎn)與嵌入式單片機(jī)IC4的電源自保PO. 1接點(diǎn)相連接， 電源穩(wěn)壓器IC6的輸出接點(diǎn)OUT接入系統(tǒng)正電源Vdd;在電源反向器IC7上 并聯(lián)有電容C，電源反向器IC7的Vin接點(diǎn)接入系統(tǒng)的正電源Vdd，而其上的 V0UT、 SHDN接點(diǎn)分別接入系統(tǒng)的負(fù)電源Vss。
所述的一種筆式;t感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)，其特征在于殼體是整個(gè)儀器的骨架和 組件安裝載體，由熱塑型工程塑料注塑而成，分為前倉(cāng)、中倉(cāng)、后倉(cāng)三個(gè)安 裝倉(cāng)室；前倉(cāng)前端呈開口空腔，內(nèi)壁周邊鑄有倒鋸齒形防滑槽；傳感器彈性 護(hù)套的根部壓裝在這個(gè)空腔內(nèi)，靠其齒形防滑槽與空腔內(nèi)壁倒齒形防滑槽相 互嚙合而緊固連接；傳感器彈性護(hù)套的縱向中心設(shè)有穿線孔，穿線孔的前端 孔內(nèi)配有線性霍爾元件磁傳感器；殼體中倉(cāng)的正面安裝有液晶數(shù)碼顯示器， 在數(shù)碼顯示器上表面處粘貼儀器標(biāo)牌；殼體中倉(cāng)的背面，安裝電池倉(cāng)蓋板， 電池倉(cāng)蓋板內(nèi)側(cè)設(shè)有一個(gè)用于安放小型高能量鋰離子聚合物可充電電池腔； 電池倉(cāng)蓋板的前端設(shè)有一個(gè)與電池連接的小型電源插座；殼體后倉(cāng)的正面， 安裝操作按鈕板；殼體后倉(cāng)的背面，安放印刷電子電路板，由電子電路倉(cāng)蓋 板將其封閉并壓裝牢固；筆式防護(hù)套是一個(gè)一端開口的空腔，開口處內(nèi)壁尺 寸與殼體前端開口形空腔外壁尺寸吻合，靠各自凹凸膨漲環(huán)相互嚙合；在防 護(hù)套頂端的一側(cè)設(shè)有掛鉤，攜帶時(shí)可以鉤掛在衣服的口袋上；在筆式防護(hù)套 (IO)的內(nèi)部，設(shè)有磁性屏蔽罩。
本發(fā)明與現(xiàn)有^t術(shù)相比的有益效果
第一，小巧便攜。其外形象一支筆，與外部無連線，可以插掛在襯衫口 袋中隨身攜帶，使用收藏方便；
第二，數(shù)字化，多功能。檢測(cè)數(shù)據(jù)采用單片機(jī)智能化處理，能按數(shù)字方 式顯示和存儲(chǔ)凈皮測(cè)磁場(chǎng)》茲感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)值和方向；既能測(cè)量直流與恒定磁場(chǎng)， 又能測(cè)量工頻和1000Hz以下交變和脈動(dòng)磁場(chǎng)；
第三，多量程，高精度。能測(cè)量O. 01 ~ 0. lmT強(qiáng)度的環(huán)境地磁場(chǎng)，能 測(cè)量lmT以下鐵》茲工件的剩磁磁場(chǎng)，亦能測(cè)量1000mT以下鐵磁工件的磁化 磁場(chǎng)；量程由軟件自動(dòng)選擇分檔，傳感器和電路系統(tǒng)的非線性誤差由程序修 正補(bǔ)償，測(cè)量誤差率《0. 5%;因此，不僅可以作為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x器，而且可 以作為實(shí)驗(yàn)室通用儀器；
第四，穩(wěn)定性可靠性較好，誤差量可以整定，具有可維修性，使用壽命 相對(duì)豐支長(zhǎng)；
第五，造價(jià)低廉，節(jié)省能源。工作時(shí)耗電功率< 0. 1W，不工作時(shí)軟件自
動(dòng)關(guān)斷電源；采用無公害可充電電池作電源，安全性好，使用維護(hù)費(fèi)用低; 綜合性能價(jià)格比高，實(shí)用性強(qiáng)，易于在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域推廣普及。


具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例
筆式便攜型磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)由結(jié)構(gòu)組件、電子電路、軟件程序三個(gè)部分組 成，其各部分描述如下
(一)結(jié)構(gòu)組件如圖1-圖4所示，結(jié)構(gòu)組件是指本筆式磁強(qiáng)計(jì)的硬件 集合，它由線性霍爾元件磁傳感器l、傳感器彈性護(hù)套2、殼體3、液晶數(shù)碼 顯示器4、儀器標(biāo)牌5、操作按鈕板6、印刷電子電路板7、電子電路倉(cāng)蓋板 8、電池倉(cāng)蓋板9、筆式防護(hù)套IO、磁性屏蔽罩11等部件構(gòu)成，殼體3是整 個(gè)儀器的骨架和組件安裝載體，由熱塑型工程塑料注塑而成，橫截面呈矩 形，分為前倉(cāng)、中倉(cāng)、后倉(cāng)三個(gè)安裝倉(cāng)室；前倉(cāng)前端呈開口矩形空腔，內(nèi)壁 周邊鑄有幾道倒鋸齒形防滑槽。傳感器彈性護(hù)套2的根部壓裝在這個(gè)空腔 內(nèi)，靠正鋸齒形防滑槽與空腔內(nèi)壁倒鋸齒形防滑槽相互嚙合，保證結(jié)合牢 固；傳感器彈性護(hù)套2的中心有矩形截面穿線孔，孔的前端截面適當(dāng)擴(kuò)大， 線性霍爾元件磁傳感器1即安裝在這個(gè)擴(kuò)孔位置；傳感器護(hù)套2由彈性塑料 制成，可以在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生彎曲彈性變形，以便傳感器的檢測(cè)面，與處于 任何角度的被檢測(cè)物體表面都能夠緊密貼合；殼體3中倉(cāng)的正面，安裝液晶 數(shù)碼顯示器4，顯示器上表面處粘貼儀器標(biāo)牌5，標(biāo)牌用于標(biāo)注儀器型號(hào)、 顯示單位、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)及制造廠家等相關(guān)信息；殼體3中倉(cāng)的背面，安裝電池 倉(cāng)蓋板9，電池倉(cāng)蓋板9內(nèi)側(cè)有一個(gè)矩形空腔，用于安放小型高能量鋰離子 聚合物可充電電池；電池倉(cāng)蓋板的前端設(shè)有一個(gè)與電池連接的小型電源插座 12,用于接插充電器插頭，以便進(jìn)行在線式充電；殼體3后倉(cāng)的正面，安裝 操作按鈕板6;殼體3后倉(cāng)的背面，安放印刷電子電路板7，由電子電路倉(cāng) 蓋板8將其封閉并壓裝牢固。筆式防護(hù)套10是一個(gè)一端開口的矩形空腔結(jié) 構(gòu)，開口處內(nèi)壁尺寸與殼體3前端開口矩形空腔外壁尺寸配合，靠各自凹凸 膨漲環(huán)相互嚙合，可以緊緊地插套在殼體3上，用以在收藏時(shí)保護(hù)儀器的傳
圖1為本發(fā)明的主^L圖； 圖3為筆式防護(hù)套的剖面圖; 圖5為程序流程圖2為圖1的俯一見圖; 圖4為圖3的俯4見圖; 圖6為電路原理圖。感器部分；在防護(hù)套頂端的一側(cè)設(shè)有掛鉤，攜帶時(shí)可以鉤掛在上衣口袋上； 在筆式防護(hù)套10的內(nèi)部，設(shè)有磁性屏蔽罩ll，可以用于在屏蔽周圍環(huán)境磁 場(chǎng)干擾的條件下對(duì)儀器測(cè)量初始值進(jìn)行校零。
(二)電子電路
如圖6所示，線性霍爾傳感器IC1的1接點(diǎn)上連接有分壓電阻R2的一 端，分壓電阻R2另 一端接入系統(tǒng)的電源Vss極，IC1的4接點(diǎn)上連接有限流 電阻R1的一端，限流電阻R1的另一端接入系統(tǒng)的電源Vdd極；在信號(hào)放大 器IC2上并聯(lián)有可變電阻器R5,信號(hào)放大器IC2的電源正、負(fù)輸入接點(diǎn)分別 接入系統(tǒng)電源的Vdd極、Vss極，IC2的正向輸入接點(diǎn)IN+連接于[C1的信 號(hào)輸出接點(diǎn)3, IC2的負(fù)向輸入接點(diǎn)IN -與IC1的輸出零位參考接點(diǎn)3 — 起，連接到由電阻R3、 R4和電位器W1組成的分壓器的活動(dòng)臂上，信號(hào)放大 器IC2的0UT+輸出接點(diǎn)，連接到嵌入式單片機(jī)IC4中模-數(shù)A/D轉(zhuǎn)換模塊 的一路模擬量輸入接點(diǎn)AinO，嵌入式單片機(jī)IC4的PO. 4、 PO. 3、 PO. 2接點(diǎn) 接入數(shù)碼顯示器IC5，數(shù)碼顯示器IC5的電源正極輸入接點(diǎn)接入系統(tǒng)正電源 的Vdd極。
電子電路的線性霍爾傳感器IC1、信號(hào)放大器IC2、信號(hào)反相器IC3前 級(jí)功能模塊采用雙電源供電，而嵌入式單片機(jī)IC4則采用單電源供電，其電 路結(jié)構(gòu)為信號(hào)放大器IC2的OUT+接點(diǎn)同時(shí)還與信號(hào)反向器IC3的IN-接 點(diǎn)相連接，信號(hào)反向器IC3的電源正、負(fù)輸入接點(diǎn)分別接入系統(tǒng)電源的Vdd 極、Vss極，信號(hào)反向器IC3的IN+接點(diǎn)與電阻R9的一端、嵌入式單片機(jī) IC4的GND接點(diǎn)、電源反向器IC7的GND接點(diǎn)、"測(cè)量""校零""復(fù)位，，按鍵 一端的接點(diǎn)、電源穩(wěn)壓器JC6的GND接點(diǎn)、數(shù)碼顯示器IC5的電源負(fù)輸入接 點(diǎn)連接后接入電源E的負(fù)極接點(diǎn)；信號(hào)反向器IC3的偏置電阻器R6、 R7的 阻值相等，偏置電阻器R6的一端接點(diǎn)與信號(hào)放大器IC2的0UT+接點(diǎn)相連 接，偏置電阻器R6的另一端接點(diǎn)與偏置電阻器R7的一端接點(diǎn)一起與信號(hào)反 向器IC3的IN-接點(diǎn)相連接，偏置電阻器R7的另一端接點(diǎn)與信號(hào)反向器IC3 的OUT-接點(diǎn)相連后接入嵌入式單片機(jī)IC4的AIN1接點(diǎn)；電阻器R8、 R9與 電位器W2組成電源電壓測(cè)量電路，電阻器R9的另一端接點(diǎn)與電位器W2的 一固定接點(diǎn)相連接，電位器W2的移動(dòng)接點(diǎn)接入嵌入式單片機(jī)IC4的AIN2接 點(diǎn)，電位器W2的另一固定接點(diǎn)與電阻器R8相串聯(lián)連接后與電源穩(wěn)壓器IC6 的IN接點(diǎn)、電源E的正極接點(diǎn)、"電源"按鍵的一端接點(diǎn)相連，"電源"按 鍵的另一端接點(diǎn)接入系統(tǒng)正電源Vdd,"電源"按鍵的另一端接點(diǎn)與此同時(shí)也 與嵌入式單片機(jī)IC4的Vdd接點(diǎn)相連接；"測(cè)量""校零""復(fù)位"按鍵的各 另一端接點(diǎn)分別接入嵌入式單片機(jī)IC4的IST1、 ISTO、 RST接點(diǎn)；電源穩(wěn)壓 器IC6的允許端EN接點(diǎn)與嵌入式單片機(jī)IC4的電源自保PO. 1接點(diǎn)相連接， 電源穩(wěn)壓器IC6的輸出接點(diǎn)OUT接入系統(tǒng)正電源Vdd;在電源反向器IC7上 并聯(lián)有電容C，電源反向器IC7的Vin接點(diǎn)接入系統(tǒng)的正電源Vdd,而其上的 V0UT、 SHDN接點(diǎn)分別接入系統(tǒng)的負(fù)電源Vss。
工作原理
① 首先由線性霍爾傳感器IC1，將被測(cè)量的磁感應(yīng)強(qiáng)度值進(jìn)行磁/電轉(zhuǎn) 換，得到與其相應(yīng)的電量信號(hào)，饋送至信號(hào)放大器IC2的正向輸入端IN+進(jìn) 行方丈大。Rl與R2是IC1的限流、分壓電阻，通過R1與R2阻值的適當(dāng)配 合，可以使IC1取得適當(dāng)?shù)墓ぷ麟娏?，且可以使IC1引腳2的輸出電平，與 后級(jí)信號(hào)放大器IC2的輸入電平相匹配；
② 信號(hào)放大器IC2系精密儀表放大器，用于將線性霍爾傳感器IC1輸出 的電量信號(hào)進(jìn)行定值放大。調(diào)節(jié)可變電阻R5的阻值，即可以改變IC2的放 大倍數(shù)。IC2的正向輸入端IN+連接于IC1的信號(hào)輸出端腳2， IC2的負(fù)向輸 入端IN -與IC1的輸出零位參考點(diǎn)腳3—起，連接到由電阻R3、 R4和電位 器W1組成的分壓器的活動(dòng)臂上，調(diào)節(jié)W1，可使IC2的負(fù)向輸入端IN -的電 位與電源的公共零電位GND相等，實(shí)現(xiàn)儀器硬件靜態(tài)調(diào)零。這樣，IC2輸出 端0UT+的信號(hào)將能精確跟隨被測(cè)量^f茲場(chǎng)參數(shù)的方向與大小變化，并調(diào)理成 與嵌入式單片機(jī)IC4的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入量程范圍相適應(yīng)，完成硬件層面 上的標(biāo)度變換；
③ 經(jīng)信號(hào)放大器IC2放大并由其0UT+端輸出的信號(hào)，連接到嵌入式單 片機(jī)IC4中模-數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換模塊的一路模擬量輸入端口如AinO, AinO將 表徵磁感應(yīng)強(qiáng)度正向值大小的電壓模擬量，轉(zhuǎn)換成數(shù)值與之相應(yīng)的數(shù)字量， 經(jīng)程序判斷，選擇與之匹配的量程，進(jìn)行軟件層面的標(biāo)度變換、溫度漂移校 正、信號(hào)非線性誤差矯正等一系列智能化處理后，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示器IC5，按 被測(cè)量石茲感應(yīng)強(qiáng)度實(shí)際物理量的方向和大小予以準(zhǔn)確顯示。
④ 為了提高電路系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)量分辨力，在本設(shè)計(jì)并運(yùn)用了 一項(xiàng)雙倍精 度A/D轉(zhuǎn)換的新技術(shù)。
其主要內(nèi)容是
將線性霍爾傳感器IC1、信號(hào)放大器IC2、信號(hào)反相器IC3等前級(jí)功能
模塊采用雙電源供電，使其輸出信號(hào)幅度能在正負(fù)電源之間擺動(dòng)。而嵌入式 單片機(jī)IC4則采用單電源供電，令其A/D轉(zhuǎn)換模塊僅處理單純的正向信號(hào)，
忽略負(fù)向信號(hào)。
經(jīng)信號(hào)放大器IC2放大輸出的信號(hào)，送至IC4的A/D轉(zhuǎn)換模塊的AinO 端，同時(shí)也送至信號(hào)反向器IC3的反向輸入端IN-。經(jīng)信號(hào)反向器IC3反向 后的輸出信號(hào)，由其輸出端OUT-送至IC4的A/D轉(zhuǎn)換模塊的另一路模擬量 輸入端口如Ainl。由于信號(hào)反向器IC3的偏置電阻器R6與R7的阻值相等， 所以其方文大倍數(shù)G = -l。
雙倍精度A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)的工作原理為當(dāng)信號(hào)放大器IC2的0UT+輸出 的信號(hào)為正值時(shí)，將直接被IC4的A/D轉(zhuǎn)換模塊的AinO端口接收并處理。 此時(shí)，信號(hào)反向器IC3的OUT-輸出的信號(hào)值為負(fù)值，它將被IC4的A/D轉(zhuǎn) 換模塊的Ainl輸入端口所忽略；當(dāng)信號(hào)放大器IC2的0UT+輸出的信號(hào)為負(fù) 值時(shí)，它將被IC4的A/D轉(zhuǎn)換模塊的AinO輸入端口所忽略，而此時(shí)信號(hào)反 向器IC3的OUT-輸出信號(hào)值卻為正值，它將被IC4的A/D轉(zhuǎn)換模塊的Ainl 輸入端口接收并進(jìn)行處理；這種通過增設(shè)信號(hào)反向器，并在信號(hào)反向器的輸 出端得到一個(gè)與輸入信號(hào)絕對(duì)值相等方向相反的信號(hào)，將本來由單路A/D轉(zhuǎn) 換器處理的一路差動(dòng)信號(hào)，分裂成兩路正向信號(hào)，由兩路A/D轉(zhuǎn)換器分別處 理并通過軟件進(jìn)行疊加的數(shù)值處理方法，可以使轉(zhuǎn)換精度提高一倍。
⑤ 為了減小儀器體積與重量，系統(tǒng)的正電源Vdd由鋰離子聚合物二次電 池E經(jīng)低壓差微功耗的電源穩(wěn)壓器IC6穩(wěn)壓后提供；放大器的負(fù)電源Vss由 電源反相器IC7生成；電源穩(wěn)壓器IC6為帶有開通允許端EN引腳的器件， EN引腳電位由嵌入式單片機(jī)IC4的 一個(gè)輸出端口如P1. 0控制。當(dāng)電源按鍵 被點(diǎn)擊的瞬間，電路立即得到電池直接供電，系統(tǒng)被啟動(dòng)運(yùn)行。此時(shí)程序立 即發(fā)出指令在Pl. O端口輸出并保持高電平，將電源穩(wěn)壓器IC6開通并自保 供電。同時(shí)，程序啟動(dòng)一路定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，如果儀器在使用過程中有相當(dāng) 長(zhǎng)比如5分鐘一段時(shí)間無操作行為發(fā)生，程序即判斷設(shè)備閑置，自動(dòng)撤銷 Pl. 0端口的高電平，電源穩(wěn)壓器IC6的開通允許端EN將因失電而關(guān)斷電 源，儀器退出運(yùn)行。
⑥ 電阻器R8、 R9與電位器W2組成電源電壓測(cè)量電路，對(duì)電池E的電壓 進(jìn)行取樣，通過IC4的模-數(shù)A/D轉(zhuǎn)換模塊的一路模擬量輸入端口如Ain2 測(cè)量并顯示電池電壓跌落情況，提示使用者及時(shí)充電；如果電池電壓低于設(shè) 定的下限電壓值，軟件將自動(dòng)關(guān)閉電源，避免造成測(cè)量誤差超限。
⑦ 校零按鍵用于儀器零位偏移校正。當(dāng)傳感器放置在磁性屏蔽罩內(nèi)進(jìn)行 校零時(shí)，儀器記錄的是絕對(duì)零位值；當(dāng)傳感器處于自然環(huán)境中進(jìn)行校零時(shí)，儀器記錄的是環(huán)境相對(duì)零位值。
測(cè)量按鍵用于啟動(dòng)一次測(cè)量、存儲(chǔ)、顯示磁感應(yīng)強(qiáng)度值；在下一次點(diǎn)擊 測(cè)量M之前，當(dāng)前測(cè)量顯示的數(shù)值將一直被保持；
復(fù)位按鍵用于取消現(xiàn)有一切操作，使儀器立即退出運(yùn)行。
(三)軟件程序
本發(fā)明的程序流程如圖5所示，該模塊化軟件程序，用于驅(qū)動(dòng)嵌入式單 片機(jī)內(nèi)部的功能模塊，配合外部硬件電路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。
權(quán)利要求
1、一種筆式磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)由結(jié)構(gòu)組件、電子電路組成，其特征在于結(jié)構(gòu)組件是硬件的集合，它由線性霍爾元件磁傳感器(1)、傳感器彈性護(hù)套(2)、液晶數(shù)碼顯示器(4)、儀器標(biāo)牌(5)、操作按鈕板(6)、印刷電子電路板(7)、電子電路倉(cāng)蓋板(8)、電池倉(cāng)蓋板(9)、筆式防護(hù)套(10)、磁性屏蔽罩(11)、電源插座(12)部件配在殼體(3)內(nèi)構(gòu)成筆式形狀；本電子電路由線性霍爾傳感器IC1、信號(hào)放大器”IC2、數(shù)碼顯示器IC5、電源穩(wěn)壓器IC6、電源反相器IC7、電源電壓測(cè)量分壓取樣電路、電池E、電阻電容元件及外接操作按鍵等器件構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如下電子電路包括線性霍爾傳感器IC1的1接點(diǎn)上連接有分壓電阻R2的一端，分壓電阻R2另一端接入系統(tǒng)的負(fù)電源Vss極，IC1的4接點(diǎn)上連接有限流電阻R1的一端，限流電阻R1的另一端接入系統(tǒng)的正電源Vdd極；在信號(hào)放大器IC2上并聯(lián)有可變電阻器R5，信號(hào)放大器IC2的電源正、負(fù)輸入接點(diǎn)分別接入系統(tǒng)的正、負(fù)電源Vdd極、Vss極，IC2的正向輸入接點(diǎn)IN+連接于IC1的信號(hào)輸出接點(diǎn)3，IC2的負(fù)向輸入接點(diǎn)IN-與IC1的輸出零位參考接點(diǎn)3一起，連接到由電阻R3、R4和電位器W1組成的分壓器的活動(dòng)臂上，信號(hào)放大器IC2的OUT+輸出接點(diǎn)，連接到嵌入式單片機(jī)IC4中模-數(shù)A/D轉(zhuǎn)換模塊的一路模擬量輸入接點(diǎn)AIN0，嵌入式單片機(jī)IC4的P0.4、P0.3、P0.2接點(diǎn)接入數(shù)碼顯示器IC5，數(shù)碼顯示器IC5的電源正極輸入接點(diǎn)接入系統(tǒng)正電源的Vdd極；電子電路的線性霍爾傳感器IC1、信號(hào)放大器IC2、信號(hào)反相器IC3前級(jí)功能模塊采用雙電源供電，而嵌入式單片機(jī)IC4則采用單電源供電，其電路結(jié)構(gòu)為信號(hào)放大器IC2的OUT+接點(diǎn)同時(shí)還與信號(hào)反向器IC3的IN-接點(diǎn)相連接，信號(hào)反向器IC3的電源正、負(fù)輸入接點(diǎn)分別接入系統(tǒng)電源的Vdd極、Vss極，信號(hào)反向器IC3的IN+接點(diǎn)與電阻R9的一端、嵌入式單片機(jī)IC4的GND接點(diǎn)、電源反向器IC7的GND接點(diǎn)、“測(cè)量”“校零”“復(fù)位”按鍵一端的接點(diǎn)、電源穩(wěn)壓器JC6的GND接點(diǎn)、數(shù)碼顯示器IC5的電源負(fù)輸入接點(diǎn)連接后接入電源E的負(fù)極接點(diǎn)；信號(hào)反向器IC3的偏置電阻器R6、R7的阻值相等，偏置電阻器R6的一端接點(diǎn)與信號(hào)放大器IC2的OUT+接點(diǎn)相連接，偏置電阻器R6的另一端接點(diǎn)與偏置電阻器R7的一端接點(diǎn)一起與信號(hào)反向器IC3的IN-接點(diǎn)相連接，偏置電阻器R7的另一端接點(diǎn)與信號(hào)反向器IC3的OUT-接點(diǎn)相連后接入嵌入式單片機(jī)IC4的AIN1接點(diǎn)；電阻器R8、R9與電位器W2組成電源電壓測(cè)量電路，電阻器R9的另一端接點(diǎn)與電位器W2的一固定接點(diǎn)相連接，電位器W2的移動(dòng)接點(diǎn)接入嵌入式單片機(jī)IC4的AIN2接點(diǎn)，電位器W2的另一固定接點(diǎn)與電阻器R8相串聯(lián)連接后與電源穩(wěn)壓器IC6的IN接點(diǎn)、電源E的正極接點(diǎn)、“電源”按鍵的一端接點(diǎn)相連，“電源”按鍵的另一端接點(diǎn)接入系統(tǒng)正電源Vdd，“電源”按鍵的另一端接點(diǎn)與此同時(shí)也與嵌入式單片機(jī)IC4的Vdd接點(diǎn)相連接；“測(cè)量”“校零”“復(fù)位”按鍵的各另一端接點(diǎn)分別接入嵌入式單片機(jī)IC4的INT1、INT0、RST接點(diǎn)；電源穩(wěn)壓器IC6的允許端EN接點(diǎn)與嵌入式單片機(jī)IC4的電源自保P0.1接點(diǎn)相連接，電源穩(wěn)壓器IC6的輸出接點(diǎn)OUT接入系統(tǒng)正電源Vdd；在電源反向器IC7上并聯(lián)有電容C，電源反向器IC7的Vin接點(diǎn)接入系統(tǒng)的正電源Vdd，而其上的VOUT、SHDN接點(diǎn)分別接入系統(tǒng)的負(fù)電源Vss。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種筆式磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)，其特征在于殼體 (3)是整個(gè)儀器的骨架和組件安裝載體，由熱塑型工程塑料注塑而成，分為前 倉(cāng)、中倉(cāng)、后倉(cāng)三個(gè)安裝倉(cāng)室；前倉(cāng)前端呈開口空腔，內(nèi)壁周邊鑄有倒鋸齒 形防滑槽；傳感器彈性護(hù)套(2)的根部壓裝在這個(gè)空腔內(nèi)，靠其齒形防滑槽與 空腔內(nèi)壁倒齒形防滑槽相互嚙合而緊固連接；傳感器彈性護(hù)套(2)的縱向中心 設(shè)有穿線孔，穿線孔的前端孔內(nèi)配有線性霍爾元件磁傳感器(l);殼體(3)中倉(cāng) 的正面安裝有液晶數(shù)碼顯示器(4)，在數(shù)碼顯示器(4)上表面處粘貼儀器標(biāo)牌 (5);殼體(3)中倉(cāng)的背面，安裝電池倉(cāng)蓋板(9),電池倉(cāng)蓋板(9)內(nèi)側(cè)設(shè)有一個(gè)用 于安放小型高能量鋰離子聚合物可充電電池腔；電池倉(cāng)蓋板(9)的前端設(shè)有一 個(gè)與電池連接的小型電源插座(12);殼體(3)后倉(cāng)的正面，安裝操作按鈕板(6); 殼體(3)后倉(cāng)的背面，安放印刷電子電路板(7)，由電子電路倉(cāng)蓋板(8)將其封閉 并壓裝牢固；筆式防護(hù)套(10)是一個(gè)一端開口的空腔，開口處內(nèi)壁尺寸與殼體 (3)前端開口形空腔外壁尺寸吻合，靠各自凹凸膨漲環(huán)相互嚙合；在防護(hù)套頂 端的一側(cè)設(shè)有掛鉤，攜帶時(shí)可以鉤掛在衣服的口袋上；在筆式防護(hù)套(10)的內(nèi) 部，設(shè)有磁性屏蔽罩(ll)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種筆式磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)，其特點(diǎn)是由線性霍爾元件磁傳感器、傳感器彈性護(hù)套、殼體、電路板等硬件構(gòu)成筆式形狀；電路包括線性霍爾傳感器IC1與限流分壓電路的配合輸出接點(diǎn)給信號(hào)放大器IC2的輸入接點(diǎn)，信號(hào)放大器IC2的輸出及經(jīng)信號(hào)反向器IC3后的輸出分別接入嵌入式單片機(jī)IC4的兩個(gè)接點(diǎn)，在嵌入式單片機(jī)IC4上分別連接有電源電壓測(cè)量分壓取樣電路、數(shù)碼顯示器IC5、電源穩(wěn)壓器IC6、電源反相器IC7、電池E、電阻電容元件及外接操作按鍵器件構(gòu)成。本發(fā)明具有多功能、高精度、數(shù)字顯示、智能化，綜合性能價(jià)格比高、便于攜帶、使用方便、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域有推廣普及價(jià)值。
文檔編號(hào)G01R33/02GK101196558SQ20061009822
公開日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月5日
發(fā)明者孫勁樓 申請(qǐng)人:孫勁樓