CN216411543U - 一种空间磁场发生器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空间磁场发生器装置，该装置包括磁场发生器单元(1)、360°角度转盘单元(2)和待测芯片测试台(3)，所述磁场发生器单元(1)、360°角度转盘单元(2)和待测芯片测试台(3)均由控制单元控制，以实现对待测芯片施加空间磁场。本实用新型提供的空间磁场发生器装置结构简单，操作方便，能够在xy平面、xz平面、yz平面和任意平面内对待测芯片进行固定磁场加载。通过控制单元可实现磁场发生器单元产生的磁场大小和旋转平台旋转角度自动化控制，精度高、误差小。

Description

一种空间磁场发生器装置

技术领域

本实用新型涉及磁场发生器技术领域，具体涉及恒定磁场产生装置，特别涉及一种空间磁场产生装置。

背景技术

随着现代科学技术的不断发展，磁场传感器(如：霍尔元件、磁敏二极管、磁敏三极管、AMR、GMR、TMR等)在汽车电子、航空航天、深海探测等领域中具有重要应用。传感器的静态特性作为衡量传感器性能好坏的重要指标，主要包括灵敏度、线性度、重复性、迟滞、零点温度系数、灵敏度温度系数等，综合指标为准确度。

目前，磁场传感器静态特性的测试***多为固定磁场方向下调节磁场大小，在测试过程中同时调节外加磁场大小和方向存在困难，导致空间磁场矢量传感器很难标定，且静态特性标定存在一定误差。

因此，亟需研发一种操作简单、实时完成磁场监测和校准、同时调整磁场大小和方向的空间磁场发生装置，以用于对磁场传感器的静态特性标定。

实用新型内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种空间磁场发生器装置，其包括磁场发生器单元、360°角度转盘单元、待测芯片测试台和控制单元，通过控制单元控制角度转盘和待测芯片旋转平台在某一平面内做顺时针或逆时针转动，可实现xy平面、xz平面、yz平面和任意平面内对待测芯片进行固定磁场加载，***操作简单，精度高，从而完成了本实用新型。

具体来说，本实用新型的目的在于提供一种空间磁场发生器装置，其中，所述装置包括磁场发生器单元1、360°角度转盘单元2和待测芯片测试台3，

所述磁场发生器单元1、360°角度转盘单元2和待测芯片测试台3均由控制单元控制，以实现对待测芯片施加空间磁场矢量。

其中，所述磁场发生器单元1包括电磁线圈11、磁场检测控制模块12和温度检测模块13，

所述电磁线圈11具有两个，在两个电磁线圈相互靠近的一侧均设置有磁极14。

其中，所述360°角度转盘单元2包括支撑架21和角度转盘22，

所述支撑架21包括支撑底座和两个对称设置在支撑底座两端的支撑杆，

所述角度转盘22通过连接轴24设置在两个支撑杆的顶端内侧。

其中，在所述支撑架21的顶端还设置有转盘驱动电机23，以驱动转盘转动，

优选地，所述转盘可在0°～360°范围内任意转动。

其中，在所述角度转盘22的边缘设置有刻度盘221，在所述角度转盘22的圆周设置有齿轮222。

其中，在所述角度转盘22的中部设置有空腔，

在空腔内设置有内支架223，其通过固定器224固定连接在角度转盘的内壁，以与角度转盘同步转动。

其中，所述待测芯片测试台3设置在两个磁极14的中间位置，

所述待测芯片测试台3包括测试台基座31和测试台支架32。

其中，所述测试台基座31水平设置，测试台支架32垂直设置，

所述测试台基座31和测试台支架32均为中空结构。

其中，在所述测试台基座31的上部设置有旋转平台33，其与测试台基座转动连接，

在所述测试台基座31的内部设置有旋转平台驱动装置。

本实用新型还提供了一种空间磁场的产生方法，优选采用上述的空间磁场发生器装置进行，其中，所述方法包括以下步骤：

步骤1，将待测芯片置于旋转平台33上；

步骤2，通过磁场检测控制模块12转动旋转平台33和/或角度转盘22，利用电磁线圈11产生空间标准磁场，并利用磁场检测控制模块12和温度检测模块13进行监测，并反馈***进行校准。本实用新型所具有的有益效果包括：

(1)本实用新型提供的空间磁场发生器装置，结构简单，操作方便，稳定性好，可实现在xy平面、xz平面、yz平面和任意平面内对待测芯片进行任意方向固定磁场加载；

(2)本实用新型提供的空间磁场发生器装置，磁场发生器单元产生磁场在10^-4T～0.5T范围内连续自动可调，最小步长10^-4T，360°角度转盘单元在0°～360°范围内连续自动可调，最小步长1°，待测芯片测试台旋转平台在0°～360°范围内连续自动可调，最小步长1°，可针对待测芯片产生任意方向磁场；

(3)本实用新型提供的空间磁场发生器装置，控制单元可实现磁场发生器单元磁场大小、旋转平台旋转角度、待测芯片测试台的自动控制，精度高；

(4)本实用新型提供的空间磁场发生器装置，通过电磁线圈外部设置的温度检测模块，可实现装置工作温度的检测，有利于确保装置正常工作，提高测量准确度。

附图说明

图1示出本发明一种优选实施方式的空间磁场发生器装置的整体结构示意图；

图2示出本实用新型一种优选实施方式的磁场发生器单元中电磁线圈的结构示意图；

图3示出本实用新型一种优选实施方式的测试台的内部结构示意图；

图4示出本实用新型一种优选实施方式的旋转平台结构示意图；

图5示出本实用新型一种优选实施方式的旋转平台底部的结构示意图；

图6示出本实用新型一种优选实施方式的空间磁场发生器装置温度检测电路示意图；

图7示出实验例中空间磁场矢量待测传感器在磁场发生器xy平面磁场作用下输出电压随磁场旋转角度的变化关系；

图8示出实验例中空间磁场矢量待测传感器在磁场发生器xz平面磁场作用下输出电压随磁场旋转角度的变化关系；

图9示出实验例中空间磁场矢量待测传感器在磁场发生器yz平面磁场作用下输出电压随磁场旋转角度的变化关系；

附图标号说明：

1-磁场发生器单元；

11-电磁线圈；

12-磁场检测控制模块；

13-温度检测模块；

14-磁极；

2-360°角度转盘单元；

21-支撑架；

22-角度转盘；

221-刻度盘；

222-齿轮；

223-内支架；

224-固定器；

23-转盘驱动电机；

24-连接轴；

3-待测芯片测试台；

31-测试台基座；

32-测试台支架；

33-旋转平台；

34-传动装置；

341-传动轴；

342-旋转平台驱动电机；

343-第一导线通道；

35-排针；

36-第二导线通道；

37-信号处理模块；

38-导电滑环；

39-待测芯片；

4-电源。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。其中，尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本实用新型提供了一种空间磁场发生器装置，所述装置包括磁场发生器单元1、360°角度转盘单元2和待测芯片测试台3，

所述磁场发生器单元1、360°角度转盘单元2和待测芯片测试台3均由控制单元控制，以实现对待测芯片施加任意方向磁场，如图1所示。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述磁场发生器单元1包括电磁线圈11、磁场检测控制模块12和温度检测模块13，如图1～3所示，

其中，所述电磁线圈11具有两个，二者同轴设置，具有间隙。

优选地，在两个电磁线圈中心均设置有磁芯，相接近位置磁极为14。

在本实用新型中，所述电磁线圈供电后，两个磁极间产生匀强磁场，由N极指向S极，且电磁线圈所产生的磁感应强度大小由磁场检测控制模块进行调控。

其中，电磁线圈通过导线与外部的电源4连接，以产生磁场。

本发明人实验发现，通过调整定制磁场发生装置，使得两磁极间距可调，调节范围为3cm～8cm，装置内线圈在磁极中心位置可产生10^-4T～0.5T的匀强磁场，该强度的磁场适合本实用新型的空间磁场发生器装置，适于为待测芯片施加磁场。

在进一步优选的实施方式中，所述磁场检测控制模块12设置在待测芯片测试台3内，优选为霍尼韦尔三轴智能数字磁场计(HMR2300R)。在更进一步优选的实施方式中，所述温度检测模块13设置在电磁线圈11的外壁上，以实现***环境温度的检测，

其中，所述温度检测模块13优选为温度传感器，如温度传感器PT100。

在空间磁场发生器装置工作过程中，电磁线圈的温度会上升，在其外壁设置温度检测模块，有利于实时监测电磁线圈表面温度，以保证装置的正常运行。

优选地，与温度检测模块配合设置蜂鸣器，并设置温度检测模块的温度阈值，当电磁线圈表面温度达到温度阈值时，蜂鸣器发出警报，同时启动制冷模块。

在本实用新型中，优选所述磁场发生器单元产生的磁场在10^-4T～0.5T范围内连续自动可调，最小步长10^-4T。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述360°角度转盘单元2包括支撑架21和角度转盘22，

所述支撑架21包括支撑底座和两个对称设置在支撑底座两端的支撑杆；

其中，所述角度转盘22通过连接轴24设置在两个支撑杆的顶端内侧，如图1所示。

优选地，所述连接轴24的中线穿过角度转盘22的中心。

更优选地，所述角度转盘可在0°～360°范围内连续旋转，最小步长为1°。

在进一步优选的实施方式中，在所述两个支撑杆的下部之间还设置有连接板，在所述连接板的上部开设有弧形槽口，

所述弧形槽口的结构与角度转盘底部的结构适配。

根据本实用新型一种优选的实施方式，在所述支撑架21的顶端还设置有转盘驱动电机23，以驱动转盘实现360°转动，最小步长为1°。

优选地，在所述角度转盘22的边缘设置有刻度盘221，使得角度转盘转动角度准确，

在所述角度转盘22的圆周设置有齿轮222。

其中，转盘驱动电机通过控制齿轮来调整角度转盘转动，以实现0°～360°范围内连续可调旋转。

在进一步优选的实施方式中，在所述支撑架21的底部设置有电源4，以为电磁线圈和转盘驱动电机提供电能。

其中，控制电磁线圈产生磁场的导线和转盘驱动电机通过支撑架的内部通道与电源4相连。

根据本实用新型一种优选的实施方式，在所述角度转盘22的中部设置有空腔，

在空腔内设置有内支架223，其通过固定器224固定连接在角度转盘的内壁，以与角度转盘同步转动，如图1所示。

在进一步优选的实施方式中，所述内支架223为矩形结构，两个电磁线圈11对称设置在支架223的一组对边上，两个磁极14相对设置，

所述电磁线圈11与内支架223固定连接，以便于与角度转盘同步转动。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述待测芯片测试台3设置在两个磁极14的中间位置，

所述待测芯片测试台3包括测试台基座31和测试台支架32，其中，测试台基座31水平设置，测试台支架32垂直设置，

所述测试台基座31和测试台支架32均为中空结构。

在进一步优选的实施方式中，在所述测试台基座31的上部设置有旋转平台33，其与测试台基座转动连接，

在所述测试台基座31的内部设置有旋转平台驱动装置，如图3～5所示。

其中，旋转平台33由旋转平台驱动电机342驱动，并通过传动轴341和传动装置34传动，旋转平台可以在平面内做360°旋转。

在更进一步优选的实施方式中，所述旋转平台驱动电机342通过设置在测试台基座内部的第一导线通道343与外部电源连接，如图3所示。

根据本实用新型一种优选的实施方式，在所述旋转平台33的上部设置有排针35，其通过设置在旋转平台下部的第二导线通道36与信号处理模块37连接，如图3～5所示。

其中，所述信号处理模块优选为雁凌电子公司生产的PCF8951AD模块，该模块将采集的模拟量转换为数字量后，输出到计算机中处理。

在进一步优选的实施方式中，在所述传动装置34的外部设置有导电滑环38，

所述导电滑环38与信号处理模块37电性连接，以将信号处理模块调理后的信号传输至控制单元。

在本实用新型中，所述导电滑环为现有技术中常见的器件，森瑞普公司销售的H系列过孔导电滑环。在更进一步优选的实施方式中，在所述旋转平台33的上部还设置有待测芯片39，其通过互联线与排针35连接。

其中，排针通过旋转平台下的第二导线通道与信号处理模块相连，经信号处理模块进行信号调理之后，再将信号由导电滑环传输至外部计算机中。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述磁场检测控制模块12设置在旋转平台33上，其与待测芯片39平行对称放置在旋转台上，如图3、图4所示。

在进一步优选的实施方式中，所述磁场检测控制模块12通过互联线与旋转平台上的排针35相连。

其中，排针通过旋转平台下的第二导线通道和信号处理模块相连，经信号处理模块进行信号调理之后，再将信号由导电滑环传输至外部计算机中，通过控制单元，可显示出当前环境磁场信息。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述控制单元为计算机，其通过软件程序，以实现磁场发生器单元磁场大小、旋转平台旋转角度的自动控制，以及***环境温度的检测。

本实用新型所述的空间磁场发生器装置可实现在xy平面、xz平面、yz平面及任意平面内对待测芯片进行固定磁场加载，同时磁场方向可360°旋转，以在一定温度环境下产生任意方向的空间磁场矢量B。

在本实用新型中，以旋转平台所在平面为初始xy平面，以测试台基座31长边的方向为y轴，垂直于测试台基座31的方向为x轴，以垂直于初始xy平面的方向为z轴，如图3所示。

角度转盘初始位置为两磁极中心连线在x轴方向，产生的磁场在xy平面内，如图1所示。

根据本实用新型一种优选的实施方式，所述角度转盘22固定在初始位置，所述旋转平台33在初始xy平面内实现0°～360°范围内连续自动可调旋转，在旋转过程中待测芯片39受到的磁场发生器单元产生的磁场在xy平面内调整。

其中，旋转平台在初始xy平面内的旋转角度步长为1°。

在进一步优选的实施方式中，所述旋转平台33在初始xy平面内、0°～360°范围旋转任意角度α，所述角度转盘22在平面内实现0°～360°范围内连续自动可调旋转，使得待测芯片39受到的磁场发生器单元产生的磁场在待测平面上自动调整。

其中，360°角度转盘单元中角度转盘的旋转最小步长为1°。

根据本实用新型另一种优选的实施方式，所述旋转平台33固定在初始位置，所述角度转盘22在初始xz平面内实现0°～360°范围内连续自动可调旋转，使得待测芯片39受到的磁场在xz平面内调整。

在进一步优选的实施方式中，所述角度转盘22在初始xz平面内、0°～360°范围旋转任意角度β，所述旋转平台33在平面内实现0°～360°范围内连续自动可调旋转，使得待测芯片39受到的磁场发生器单元产生的磁场在待测平面上自动调整。

根据本实用新型另一种优选的实施方式，由于角度转盘22只能在xz面旋转，将旋转平台33在初始xy平面内旋转90°后固定其位置，使待测芯片感受磁场方向发生改变，所述角度转盘22在yz平面内实现0°～360°范围内连续自动可调旋转，使得待测芯片39受到的磁场在yz平面内调整。

在进一步优选的实施方式中，所述角度转盘22在yz平面内、0°～360°范围旋转任意角度γ，所述旋转平台在平面内实现0°～360°范围内连续自动可调旋转，使得待测芯片39受到的磁场发生器单元产生的磁场在待测平面上自动调整。

在本实用新型中，通过控制磁场发生器单元中的电磁线圈和待测芯片测试台中的旋转平台在某一平面内做顺时针或逆时针转动，利用控制单元(计算机)程控电机转动，可实现空间磁场对待测芯片的有效施加。

本实用新型还提供了一种空间磁场的产生方法，优选采用上述空间磁场发生器装置进行，所述方法包括以下步骤：

步骤1，将待测芯片置于旋转平台33上；

步骤2，转动旋转平台33和/或角度转盘22，调整磁场发生器单元施加在待测芯片上的磁场方向，即可实现待测芯片任意平面内的磁场加载。其中，步骤1中，磁场检测控制模块也设置在旋转平台上。

步骤2中，产生空间磁场包括以下方式：

所述角度转盘22固定在初始位置，所述旋转平台33在初始xy平面内实现0°～360°范围内连续自动可调旋转，在旋转过程中待测芯片39受到的磁场发生器单元产生的磁场方向可在xy平面内任意调整；

所述旋转平台33固定在初始位置，所述角度转盘22在初始xz平面内实现0°～360°范围内连续自动可调旋转，使得待测芯片39受到的磁场方向可在xz平面内任意调整；

将旋转平台33在初始xy平面内旋转90°后固定其位置，使待测芯片感受磁场方向发生改变，所述角度转盘22在yz平面内实现0°～360°范围内连续自动可调旋转，使得待测芯片39受到的磁场方向可在yz平面内任意调整；

所述角度转盘22在0°～360°范围旋转任意角度θ，所述旋转平台在平面内实现0°～360°范围内连续自动可调旋转，使得待测芯片39受到的磁场发生器单元产生的磁场在待测平面上自动调整。

采用上述方法，能够通过计算机控制磁场大小和方向的变化，产生任意的空间磁场，且精度高。

实施例

本实施例中，如图1～5所示，所述空间磁场发生器装置包括磁场发生器单元、360°角度转盘单元、待测芯片测试台和软件控制单元。

其中，支撑架支撑着角度转盘，磁场发生器单元嵌入到角度转盘内，磁极内部电磁线圈的导线和转盘驱动电机通过支撑架内部通道与外部电源相连，其中，电磁线圈的具体规格为：当两磁极间距为3cm～8cm时，线圈在磁极中心位置可产生10^-4T～0.5T的匀强磁场；

待测芯片测试台放置在磁极中间位置，待测芯片(空间磁矢量传感器)放置于旋转平台上，通过互联线与旋转平台上的排针相连，排针通过旋转平台下部的第二导线通道和信号处理PCF8951AD模块相连，经信号处理模块进行信号调理之后，再将信号由森瑞普公司H系列过孔导电滑环送入外部计算机中，旋转平台驱动电机通过基座内部的第一导线通道与外部相接；

将磁场检测控制模块(HMR2300R)放置于旋转平台上，通过互连线与旋转平台上的排针相接，排针通过旋转平台下的导线通道和信号处理模块相接，经信号处理模块信号调理之后，再将信号由导电滑环送入外部计算机中，通过软件控制单元，可显示出当前环境磁场信息；

将温度检测模块(温度传感器PT100)附于电磁线圈表面，采用纽扣电池对温度传感器供电，设定温度阈值为60℃，当电磁线圈表面温度达到60℃时，蜂鸣器开设报警，同时启动制冷模块，具体电路如图6所示。

实验例

在室温条件下，硅磁敏三极管按照正交磁敏感方向构成空间磁场矢量待测传感器，当基极电流I_B＝4mA，集电极负载电阻R_L＝1.5kΩ时，将其放置于实施例1所述装置中施加150mT磁场，并对空间磁场矢量待测传感器进行特性标定，实验结果如图7～9所示。

图7～9分别示出向xy、xz、yz平面施加150mT磁场时，两个待测磁场矢量传感器输出电压随其旋转角度变化的情况，由图7～9可知，本实用新型磁场装置不仅可以实现空间任意平面内磁场产生功能，而且产生的磁场稳定性高。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本实用新型工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上结合了优选的实施方式对本实用新型进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本实用新型进行多种替换和改进，这些均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种空间磁场发生器装置，其特征在于，所述装置包括磁场发生器单元(1)、360°角度转盘单元(2)和待测芯片测试台(3)，

所述磁场发生器单元(1)、360°角度转盘单元(2)和待测芯片测试台(3)均由控制单元控制，以实现对待测芯片施加空间磁场。

2.根据权利要求1所述的空间磁场发生器装置，其特征在于，所述磁场发生器单元(1)包括电磁线圈(11)、磁场检测控制模块(12)和温度检测模块(13)，

所述电磁线圈(11)具有两个，在两个电磁线圈相互靠近的一侧均设置有磁极(14)。

3.根据权利要求1所述的空间磁场发生器装置，其特征在于，所述360°角度转盘单元(2)包括支撑架(21)和角度转盘(22)，

所述支撑架(21)包括支撑底座和两个对称设置在支撑底座两端的支撑杆，

所述角度转盘(22)通过连接轴(24)设置在两个支撑杆的顶端内侧。

4.根据权利要求3所述的空间磁场发生器装置，其特征在于，在所述支撑架(21)的顶端还设置有转盘驱动电机(23)，以驱动转盘转动，

所述转盘可在0°～360°范围内转动。

5.根据权利要求3所述的空间磁场发生器装置，其特征在于，在所述角度转盘(22)的边缘设置有刻度盘(221)，在所述角度转盘(22)的圆周设置有齿轮(222)。

6.根据权利要求5所述的空间磁场发生器装置，其特征在于，在所述角度转盘(22)的中部设置有空腔，

在空腔内设置有内支架(223)，其通过固定器(224)固定连接在角度转盘的内壁，以与角度转盘同步转动。

7.根据权利要求1所述的空间磁场发生器装置，其特征在于，所述待测芯片测试台(3)设置在两个磁极(14)的中间位置，

所述待测芯片测试台(3)包括测试台基座(31)和测试台支架(32)。

8.根据权利要求7所述的空间磁场发生器装置，其特征在于，所述测试台基座(31)水平设置，测试台支架(32)垂直设置，

所述测试台基座(31)和测试台支架(32)均为中空结构。

9.根据权利要求7所述的空间磁场发生器装置，其特征在于，在所述测试台基座(31)的上部设置有旋转平台(33)，其与测试台基座转动连接，

在所述测试台基座(31)的内部设置有旋转平台驱动装置，包括传动装置(34)、传动轴(341)、旋转平台驱动电机(342)、第一导线通道(343)和导电滑环(38)。

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