一種測量地磁水平分量的裝置的製作方法
2023-09-24 05:14:00
本實用新型涉及一種測量裝置，具體涉及一種測量地磁水平分量的裝置，本實用新型屬於物理檢測儀器領域。
背景技術：
目前一種測量地磁水平分量的裝置不多，高建東等人利用球形和方形偏置線圈做的裝置測量地磁水平分量，但其裝置製作困難，較為複雜,成本高。
技術實現要素：
為解決現有技術的不足，本實用新型的目的在於提供一種測量地磁水平分量的裝置，以解決現有技術裝置製作困難，較為複雜,成本高的技術問題。
為了實現上述目標，本實用新型採用如下的技術方案：
一種測量地磁水平分量的裝置，其特徵在於，包括：線圈、懸掛裝置、扭轉放大裝置，線圈通過懸掛裝置懸掛在空中，並在通電後在地磁作用下扭轉，扭轉放大裝置將線圈的扭轉角度進行顯示放大，通過測量顯示放大後的結果得到地磁水平分量。
前述的一種測量地磁水平分量的裝置，其特徵在於，在線圈扭轉角度並且線圈完全最後靜止後,對顯示放大後的結果進行測量,得到地磁水平分量。
前述的一種測量地磁水平分量的裝置，其特徵在於，在線圈未通電時，線圈平面的法向與地磁水平方向垂直。
前述的一種測量地磁水平分量的裝置，其特徵在於，通過指南針確定線圈的初始平衡位置。
前述的一種測量地磁水平分量的裝置，其特徵在於，所述懸掛裝置包括懸掛導線、固定端，所述懸掛導線一端連接固定端，另一端連接線圈。
前述的一種測量地磁水平分量的裝置，其特徵在於，懸掛導線包括第一懸掛導線、第二懸掛導線，固定端包括固定頂端、固定底端，線圈包括相對的兩端，第一懸掛導線的一端連接固定頂端，第一懸掛導線的另一端連接線圈的一端，第二懸掛導線的一端連接固定底端，第一懸掛導線的另一端連接線圈的另一端。
前述的一種測量地磁水平分量的裝置，其特徵在於，扭轉放大裝置將測量線圈的轉動的角度轉化到了測量雷射光點的移動距離。
前述的一種測量地磁水平分量的裝置，其特徵在於，所述扭轉放大裝置包括反射鏡組件、光屏、光點產生裝置，光電產生裝置產生的光點打在反射鏡組件上，並通過反射鏡組件顯示在光屏上，反射鏡組件與線圈相連，並跟隨線圈扭轉而扭轉。
前述的一種測量地磁水平分量的裝置，其特徵在於，所述反射鏡組件包括第一反射鏡，所述第一反射鏡與線圈固定連接，光電產生裝置產生的光點通過第一反射鏡反射反射顯示到光屏上。
本實用新型的有益之處在於：本實用新型的一種測量地磁水平分量的裝置運用了力學、光學原理，精準地測出了地球磁場的大小，操作簡單，成本低廉。
附圖說明
圖1是本實用新型一種測量材料剪切彈性模量的裝置的一個優選實施的結構示意圖；
圖2是本實用新型一種測量材料剪切彈性模量的裝置的雷射路徑示意圖。
圖中附圖標記的含義：
1、線圈，2、第一懸掛導線，3、第二懸掛導線，4、第一反射鏡，5、固定頂端，6、固定底端，7、光屏，8、光點產生裝置。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作具體的介紹。
參照圖1所示，本實用新型一種測量地磁水平分量的裝置，包括：線圈1、懸掛裝置、扭轉放大裝置，線圈1通過懸掛裝置懸掛在空中，並在通電後在地磁作用下扭轉，扭轉放大裝置將線圈1的扭轉角度進行顯示放大，通過測量顯示放大後的結果得到地磁水平分量。
本實用新型不限制懸掛裝置的結果，也不限制扭轉放大裝置的結構，作為優選，以下實施例均給出了一種示例，但是本領域技術人員可以仿照下面示例和現有技術對懸掛裝置、扭轉放大裝置進行改造。
首先介紹本實用新型的原理。
我們用兩根銅絲把一個線圈1固定住，保證線圈1的轉動角度等於銅絲的扭轉角度，銅絲與外界的電源相連接。初始時刻把線圈平面的法向與地磁水平方向垂直。確定線圈1的初始平衡位置時藉助於一個指南針。我們給線圈1通電流，線圈1會受到地磁水平分量的施加磁力矩，因為線圈1轉動時帶動了銅絲的扭轉，所以線圈1同時會受到銅絲施加的反向扭矩。線圈1最後在兩個力矩的作用下平衡，線圈1靜止後，偏離初始平衡位置的一個角度。更具體來說，
圓軸扭轉時，若最大剪應力不超過材料的比例極限，其扭轉角公式：
其中，Mx是銅絲橫截面上的扭矩，L是銅絲的長度，G是材料的剪切模量，Ip是橫截面對截面形心極慣性矩，橫截面是圓形。
若銅絲轉動一個角度θ，則銅絲最下端橫截面上的扭矩為:
令：
我們將一根銅絲與線圈1上端緊密相連，另一根銅絲與線圈1下端緊密相連，使得線圈1的轉動角度等於銅絲的扭轉角度，並且兩根銅絲與外界電源連接。
在線圈1中心固定一個反射鏡，我們用一束雷射以一定的入射角打在反射鏡中心，光點反射後在屏幕上形成光點。
初始時刻，使線圈平面的法向與地磁水平分量垂直，不通電流時，線圈1系統受到重力和銅絲的拉力，處於靜止，將此時線圈所處的位置稱為初始平衡位置。
我們給線圈1通電流，線圈1受到磁力矩M1和銅絲轉動給予的反向扭矩M2，當線圈1最後靜止時，此時線圈1靜止的位置與初始平衡位置之間的夾角為θ，光點移動一定距離，此時有M1＝M2,即
kθ＝NBIS cosθ
可得：
其中，L是兩根銅絲的總長度，N是線圈1的匝數，I是線圈1所通的電流，θ是線圈1偏離初始平衡位置的角度，d是銅絲的直徑,B是地磁的水平分量的大小。
我們根據線圈1的受力平衡推導出地磁水平分量的計算公式：
其中，k是材料的扭矩係數，N是線圈1的匝數，I是線圈1所通的電流，θ是線圈1偏離初始平衡位置的角度，s是線圈1所圍成的面積。
由於線圈1通電情況下最後的平衡位置與初始平衡位置之間的夾角θ很小，不易測量，我們在裝置中加入了一個雷射放大的部分，在線圈1的內部固定了一個反射鏡，將測量線圈1的轉動的角度轉化到了測量雷射光點的移動距離。我們用雷射反射路徑將其轉動角度放大，將雷射的路徑概括在如下的三角形模型中，只需測量出光點移動的距離，就可以知道轉動角度了。
圖2是我們雷射反射路徑的幾何模型，根據餘弦定理和正弦定理，推導出轉角與光點移動距離的轉換公式：
這即是偏轉角計算公式。
接下來測出地磁水平分量計算公式右邊的一些量就可以測出地磁水平分量的大小了。
本實用新型是在線圈1扭轉角度並且線圈1完全最後靜止後,對顯示放大後的結果進行測量,得到地磁水平分量。當線圈1完全最後靜止後，其扭轉的角度也就完全確定，因此可以避免各種幹擾因素對測量結果的影響，因此，本實用新型測得的地磁水平分量的大小的精確度可以非常高。
需要說明的是，本實用新型不限制懸掛裝置、扭轉放大裝置的具體構造，但是作為優選，懸掛裝置包括懸掛導線、固定端，懸掛導線一端連接固定端，另一端連接線圈1。
進一步，本實用新型不限定懸掛導線的數量，材質、懸掛導線與線圈1的結合部位。但是作為優選，懸掛導線包括第一懸掛導線2、第二懸掛導線3，固定端包括固定頂端5、固定底端6，線圈1包括相對的兩端，第一懸掛導線2的一端連接固定頂端5，第一懸掛導線2的另一端連接線圈1的一端，第二懸掛導線的一端連接固定底端6，第一懸掛導線2的另一端連接線圈1的另一端。
同樣的，本實用新型不限制扭轉放大裝置的具體構造，作為優選，扭轉放大裝置包括反射鏡組件、光屏7、光點產生裝置8，光電產生裝置8產生的光點打在反射鏡組件上，並通過反射鏡組件顯示在光屏上，反射鏡組件與線圈1相連，並跟隨線圈1扭轉而扭轉。
進一步，本實用新型不限制反射鏡組件的具體構造，作為優選，反射鏡組件包括第一反 射鏡4，所述第一反射鏡4與線圈1固定連接，光電產生裝置產生的光點通過第一反射鏡4反射顯示到光屏上。
本實施例分別給線圈1通了不同大小的電流，用本裝置測出的地磁大小與現有裝置的地磁水平分量測量裝置進行了對比。
本實用新型實施例裝置的一些參量值如表一，需要說明，這些裝置參量值，本領域技術人員完全可以根據實際加以更改測試，本實用新型只是作為優選實施例舉例說明。根據表一得到的實驗數據如下表二：
表一：本實用新型實施例裝置的參量值
表一：實驗結果
從上表中我們可以看出，本實用新型已經非常精確地測出了地磁水平分量的大小。
以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特徵和優點。本行業的技術人員應該了解，上述實施例不以任何形式限制本實用新型，凡採用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本實用新型的保護範圍內。