二維磁場(chǎng)發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種二維磁場(chǎng)發(fā)生器，包括二維磁場(chǎng)發(fā)生器主機(jī)和上部的磁場(chǎng)發(fā)生器，二維磁場(chǎng)發(fā)生器主機(jī)上設(shè)置有X方向四位數(shù)顯電流表、Y方向四位數(shù)顯電流表、X磁場(chǎng)方向調(diào)節(jié)開關(guān)、X磁場(chǎng)電流調(diào)節(jié)旋鈕、Y磁場(chǎng)方向調(diào)節(jié)開關(guān)、Y磁場(chǎng)電流調(diào)節(jié)旋鈕和電源開關(guān)，磁場(chǎng)發(fā)生器由八邊形固定環(huán)、兩個(gè)X磁場(chǎng)線圈和磁芯，兩個(gè)Y磁場(chǎng)線圈和磁芯組成，二維磁場(chǎng)發(fā)生器主機(jī)內(nèi)設(shè)置有單片機(jī)，單片機(jī)控制電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)碼顯示電路、電源和大電流恒流源電路。本磁場(chǎng)發(fā)生器能方便地產(chǎn)生X方向、Y方向或二維的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，同時(shí)結(jié)構(gòu)合理，操作方便，磁場(chǎng)穩(wěn)定，能滿足大專院校的電磁學(xué)、光學(xué)、物理學(xué)等課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)及相關(guān)的科研要求。
【專利說明】二維磁場(chǎng)發(fā)生器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種二維磁場(chǎng)發(fā)生器，屬于大專院校的電磁學(xué)、物理學(xué)、光學(xué)等相關(guān)課程的科研和實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，磁場(chǎng)的應(yīng)用在電子、航天、生物科學(xué)、農(nóng)業(yè)育種等領(lǐng)域都有很大的發(fā)展，而穩(wěn)定的磁場(chǎng)是很多研究和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，而恒流源是穩(wěn)恒電流的保證，同時(shí)也保證了磁場(chǎng)的穩(wěn)定，單片機(jī)則可快捷和方便的控制磁場(chǎng)的產(chǎn)生和進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0003]本實(shí)用新型利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)大電流恒流電源的控制，可準(zhǔn)確地輸出高精度的電流，與傳統(tǒng)通過改變電壓來得到不同的磁場(chǎng)相比能得到更穩(wěn)定的磁場(chǎng)。
[0004]穩(wěn)定的磁場(chǎng)是磁光效應(yīng)、霍爾效應(yīng)等實(shí)驗(yàn)的保證，同時(shí)也是相應(yīng)科研的基本要求，以前采用的傳統(tǒng)的螺旋管或亥姆霍茲線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)穩(wěn)定性和線性度不好，磁場(chǎng)強(qiáng)度也不夠大，會(huì)對(duì)科研或?qū)嶒?yàn)帶來不利的影響，同時(shí)常常產(chǎn)生的磁場(chǎng)都是一維的，磁場(chǎng)空間也大，增強(qiáng)了磁場(chǎng)的不均勻性，而本實(shí)用新型采用對(duì)稱的四組線圈，可分別產(chǎn)生X方向和Y方向的磁場(chǎng),而磁場(chǎng)均勻性也更好。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器的不足，提出結(jié)合了大電流恒流源和單片機(jī)控制技術(shù)的二維磁場(chǎng)發(fā)生器。同時(shí)設(shè)置有X方向和Y方向各兩組對(duì)稱的線圈，可分別產(chǎn)生X方向磁場(chǎng)、Y方向磁場(chǎng)或兩方向的疊加旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。本磁場(chǎng)發(fā)生器能滿足大專院校相關(guān)的科研要求和電磁學(xué)、物理等相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)要求。
[0006]本實(shí)用新型的二維磁場(chǎng)發(fā)生器包括二維磁場(chǎng)發(fā)生器主機(jī)和上部的磁場(chǎng)發(fā)生器，二維磁場(chǎng)發(fā)生器主機(jī)上設(shè)置有X方向四位數(shù)顯電流表、Y方向四位數(shù)顯電流表、X磁場(chǎng)方向調(diào)節(jié)開關(guān)、X磁場(chǎng)電流調(diào)節(jié)旋鈕、Y磁場(chǎng)方向調(diào)節(jié)開關(guān)、Y磁場(chǎng)電流調(diào)節(jié)旋鈕和電源開關(guān)；磁場(chǎng)發(fā)生器由八邊形固定環(huán)、兩個(gè)X磁場(chǎng)線圈和磁芯、兩個(gè)Y磁場(chǎng)線圈和磁芯組成，X磁場(chǎng)的兩個(gè)線圈串聯(lián)，Y磁場(chǎng)的兩個(gè)線圈串聯(lián)，用于產(chǎn)生X方向和Y方向的磁場(chǎng)；二維磁場(chǎng)發(fā)生器主機(jī)內(nèi)設(shè)置有單片機(jī)，單片機(jī)控制電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)碼顯示電路、電源和大電流恒流源電路。
[0007]本實(shí)用新型的磁場(chǎng)發(fā)生器采用常用的單片機(jī)AT89C52作為控制核心來實(shí)現(xiàn)對(duì)大電流恒流源的控制，控制由運(yùn)算放大器和復(fù)合型大功率晶體管構(gòu)成的大電流恒流源，產(chǎn)生恒定的電流，通過線圈，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，同時(shí)也完成A/D采樣和D/A控制和數(shù)碼顯示，它還具有編程簡(jiǎn)便、接口簡(jiǎn)單、小型化的特點(diǎn)。
[0008]本實(shí)用新型磁場(chǎng)發(fā)生器通過主機(jī)中的單片機(jī)運(yùn)算形成相應(yīng)的數(shù)字輸出量，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，能使得恒流源在20?3000mA輸出電流時(shí)，輸出電流誤差小于1mA，實(shí)現(xiàn)對(duì)恒流源電流輸出的精確調(diào)節(jié)。電流調(diào)節(jié)是采用調(diào)節(jié)旋鈕的方式，按設(shè)置的步進(jìn)值去調(diào)節(jié)并得到所需的電流值，并由LED數(shù)碼方式顯示出來。
[0009]本實(shí)用新型二維磁場(chǎng)發(fā)生器主機(jī)內(nèi)的電源電路，大電流恒流源電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)控制電路和數(shù)碼顯示電路依次相連，其大電流恒流源電路的輸出連接到X磁場(chǎng)線圈和Y磁場(chǎng)線圈。
[0010]二維磁場(chǎng)發(fā)生器主機(jī)內(nèi)共有兩組大電流恒流源，其恒流源電路所采用的運(yùn)放芯片為L(zhǎng)F353，并在輸出端具有大功率NPN型達(dá)林頓復(fù)合管電路。LF353是一種帶內(nèi)部微調(diào)輸入偏差電壓技術(shù)的高速運(yùn)放；它輸入阻抗高，并具有極高的轉(zhuǎn)換率，功耗低。同時(shí)為達(dá)到大電流輸出，在恒流源輸出端增加了由Ql、Q2組成的大功率的NPN型達(dá)林頓復(fù)合管電路。
[0011]二維磁場(chǎng)發(fā)生器主機(jī)底部有四只可調(diào)節(jié)高度的支撐腳，用以調(diào)節(jié)磁場(chǎng)發(fā)生器的水平，保證產(chǎn)生磁場(chǎng)的方向性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是二維磁場(chǎng)發(fā)生器外觀圖，其中的I是X方向四位數(shù)顯電流表，2是X磁場(chǎng)方向調(diào)節(jié)開關(guān)，3是X磁場(chǎng)電流調(diào)節(jié)旋鈕，4是Y磁場(chǎng)方向調(diào)節(jié)開關(guān)，5是Y磁場(chǎng)電流調(diào)節(jié)旋鈕，6是支撐腳，7是電源開關(guān)，8是Y方向四位數(shù)顯電流表，9是八邊形固定環(huán)，10是Y磁場(chǎng)線圈，11是X磁場(chǎng)線圈，12是磁芯。
[0013]圖2是二維磁場(chǎng)發(fā)生器的電路系統(tǒng)框圖。
[0014]圖3是一組恒流源電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]結(jié)合附圖，下面具體說明二維磁場(chǎng)發(fā)生器的工作和電路情況。
[0016]本實(shí)用新型磁場(chǎng)發(fā)生器主機(jī)內(nèi)單片機(jī)的主要功能是經(jīng)過運(yùn)算形成相應(yīng)的數(shù)字輸出量再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器輸出相應(yīng)的精密電壓調(diào)節(jié)信號(hào)，按設(shè)定的步進(jìn)參數(shù)給定電流值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)恒流源輸出電流的精確調(diào)節(jié)。
[0017]本實(shí)用新型的電流調(diào)節(jié),可從1mA?3000mA按ImA步進(jìn)分級(jí),所以采用12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片MAX531。MAX531是低功耗、電壓輸出型的12位D/A轉(zhuǎn)換器，是一種高線性度的串行總線器件，可以單電源工作。MAX531內(nèi)置精密參考電壓源2.048V，采用2倍增益輸出時(shí)，滿量程輸出電壓為4.096V,可與12位D/A的量化4096級(jí)對(duì)應(yīng)，這樣保證了 MAX531的輸出電壓與設(shè)定電流值的誤差小于I個(gè)字。
[0018]本磁場(chǎng)發(fā)生器電源為±15V電壓，其中+15V電源向恒流源及運(yùn)放供電，-15V用于運(yùn)放的負(fù)電源。而反饋電阻Rf應(yīng)選用10Ω的大功率精密線繞電阻，以確保其不會(huì)過熱變值；同時(shí)大功率管都安裝散熱器，并采用直流風(fēng)扇風(fēng)冷散熱。
[0019]本磁場(chǎng)發(fā)生器采用的四位數(shù)顯電流表，其驅(qū)動(dòng)與顯示芯片采用的是專用芯片MAX7219，MAX7219是八位串行共陰LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)芯片，其峰值段電流可達(dá)40mA，最高串行掃描速率為10MHz，典型掃描速率為1300Hz，僅使用很少的I/O 口，即可完成對(duì)數(shù)碼管的顯示控制和驅(qū)動(dòng)，線路非常簡(jiǎn)單，控制方便。
[0020]本二維磁場(chǎng)發(fā)生器主機(jī)上設(shè)置的X磁場(chǎng)方向調(diào)節(jié)開關(guān)和Y磁場(chǎng)方向調(diào)節(jié)開關(guān)分別用于調(diào)節(jié)X方向上的磁場(chǎng)方向和Y方向上的磁場(chǎng)方向。
[0021]本二維磁場(chǎng)發(fā)生器能方便地產(chǎn)生X方向、Y方向或二維的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，同時(shí)結(jié)構(gòu)合理，操作方便，磁場(chǎng)穩(wěn)定，能滿足大專院校的電磁學(xué)、光學(xué)、物理學(xué)等課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)及相關(guān)
【權(quán)利要求】
1.一種二維磁場(chǎng)發(fā)生器，其特征是:包括二維磁場(chǎng)發(fā)生器主機(jī)和上部的磁場(chǎng)發(fā)生器，二維磁場(chǎng)發(fā)生器主機(jī)上設(shè)置有X方向四位數(shù)顯電流表、Y方向四位數(shù)顯電流表、X磁場(chǎng)方向調(diào)節(jié)開關(guān)、X磁場(chǎng)電流調(diào)節(jié)旋鈕、Y磁場(chǎng)方向調(diào)節(jié)開關(guān)、Y磁場(chǎng)電流調(diào)節(jié)旋鈕和電源開關(guān)；磁場(chǎng)發(fā)生器由八邊形固定環(huán)、兩個(gè)X磁場(chǎng)線圈和磁芯、兩個(gè)Y磁場(chǎng)線圈和磁芯組成，X磁場(chǎng)的兩個(gè)線圈串聯(lián)，Y磁場(chǎng)的兩個(gè)線圈串聯(lián)，用于產(chǎn)生X方向和Y方向的磁場(chǎng)；二維磁場(chǎng)發(fā)生器主機(jī)內(nèi)設(shè)置有單片機(jī)，單片機(jī)控制電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)碼顯示電路、電源和大電流恒流源電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維磁場(chǎng)發(fā)生器，其特征是:其二維磁場(chǎng)發(fā)生器主機(jī)內(nèi)的電源電路，大電流恒流源電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)控制電路和數(shù)碼顯示電路依次相連，其大電流恒流源電路的輸出連接到X磁場(chǎng)線圈和Y磁場(chǎng)線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維磁場(chǎng)發(fā)生器，其特征是:其二維磁場(chǎng)發(fā)生器主機(jī)內(nèi)所采用的單片機(jī)為AT89C52芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維磁場(chǎng)發(fā)生器，其特征是:其二維磁場(chǎng)發(fā)生器主機(jī)內(nèi)大電流恒流源電路所采用的運(yùn)放芯片為L(zhǎng)F353，并在輸出端具有大功率NPN型達(dá)林頓復(fù)合管電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維磁場(chǎng)發(fā)生器，其特征是:其二維磁場(chǎng)發(fā)生器主機(jī)底部有四只可調(diào)節(jié)高度的支撐腳。
【文檔編號(hào)】G09B23/18GK204087651SQ201420618856
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】汪建, 杜世平, 孫萍, 馮興, 孫希媛 申請(qǐng)人:四川農(nóng)業(yè)大學(xué), 汪建