電磁感應測速器的製作方法

2023-04-23 05:13:01 1

專利名稱：電磁感應測速器的製作方法
技術領域：
本發明是根據電磁感應原理設計的測量轉速和平動(交通工具運行)速度的裝置。
傳統的測量轉速的裝置有很多，例如，能給用戶提供一個與轉速成正比的電壓的測速發電機，還有光電計數器等等。汽車和火車的速度測量裝置是採用通過測量車輪的轉速並進行換算的原理，結構不夠簡單，並且在應用上有一定的局限性。船和飛機的速度測量就更困難，通常採用測量流體速度的方法來估計速度，很不準確。
本發明的目的是提供一種電磁感應式的轉速測量裝置和平動速度測量裝置，使之適用範圍更廣，結構更簡單，並能有效地應用於船和飛機的速度測量。
本發明是運用電磁感應原理和運流電流原理(即運動的帶電導體(運流電流)與通常的傳導電流等價原理)發明的一種測量轉速和平動速度的裝置，其特徵是在金屬極板上施加交流電壓，使極板產生極性交變的靜電荷，當極板帶動靜電荷運動時就產生了交變的運流電流，從而產生交變磁場，其磁通通過軟磁體定向傳導而穿過感應線圈，使感應線圈產生感應電動勢。運動速度與感應電動勢成正比，從而實現通過測量感應電動勢來測量速度。
測量轉速的裝置，我們先從分析有名的運流電流原理入手。圖1中，金屬圓盤極板1中間夾橡膠圓盤2，直流電源通過電刷3使極板帶電荷，旋轉起來後，形成運流電流，與圖2靜止裝置的傳導電流等價。(圖2中，電源6通過上下極板以及導線5構成迴路，形成環形傳導電流。)圖3是本發明的一個測轉速裝置原理圖，極板1中間夾一個軟磁鐵氧體圓盤2，再給兩極板施加一個交變電壓9，在上下極板中產生極性交變的靜電荷。當裝置不旋轉時，軸3中沒有磁通，線圈7中不會感應出電動勢；當裝置旋轉時，極板中的交變靜電荷隨著極板圓盤的旋轉而形成旋轉的環形交變運流電流，必然在軸3中產生交變磁場，並在線圈7中產生感應電動勢，使電壓表8顯示電壓。當交變電壓源9的電壓值固定時，線圈7輸出的電壓大小與極板轉速成正比。值得注意的是，線圈7不論是固定於地面還是固定於轉軸，都能產生感生電動勢，要強調的是，線圈7隨著帶電圓盤1轉動時，雖然它們兩者是相對靜止的，但仍就會產生感生電動勢，這說明應該深入討論相對性原理，採用相對優勢參照系的物理概念能更好地解釋該物理現象。如果進一步將鐵氧體圓盤做成圖6形狀，並在軟磁鐵氧體圓盤的邊緣上裝置一組線圈13，線圈13會和線圈7一樣感應出電動勢，圖6是該結構軟磁鐵氧體圓盤垂直於軸向的剖面圖。再進一步，將圓盤放大到足夠值，邊緣以及線圈13近似於作直線運動，這就說明直線運動的帶電平板電容器上的線圈也會感應出電動勢。
平動速度的測量裝置，我們先解釋本發明的原理。圖7描述在火車上平行於地面放置一個平板電容器的情形，兩極板帶等量異號的電荷，當火車運行時，帶電板就相對於站臺形成運流電流，也就相對於站臺產生了磁場F。當我們在站臺放置一塊磁鐵，磁鐵就會與磁場F產生磁力作用f，(因等量的正負電荷產生的正負運流電流相等，從而在磁鐵下產生的洛淪茲力剛好互相抵消，所以不考慮洛淪茲力)；現在的問題是跟隨電容器一道運動的乘客會認可磁場F和磁力f存在嗎？根據相對性原理，由於觀察者與電容器及其靜電荷相對靜止，他應該認為電容器沒有磁場F。但是，無論是根據伽利略變換還是相對論變換，只要站臺認可磁力f的存在，火車慣性系也必定認可磁力f存在，觀察者既然認可磁力f存在，也就無法否認電容器產生了磁場F。根據以上原理，本發明的平動速度測量裝置採用圖8的結構。對兩極板1施加交流電壓9，當按照箭頭18的方向(垂直進入紙面)運動時，極板形成交變運流電流，使極板中間產生感生磁場。極板中間的軟磁鐵氧體隔板15從兩磁極延伸出來並通過磁導體16形成磁迴路，使交變磁通10穿過線圈17而產生感生電動勢。
作為一種對稱的分析，我們再將上述平板電容器靜止於站臺，火車上的磁鐵會不會對該電容器產生磁力呢？事實上，因為站臺上不會測出該電容器產生磁場，所以不會測出電容器受到磁力；而根據伽利略變換，火車上的觀察者也不會認可電容器受到磁力，也就不會認為電容器產生了磁場。
圖8裝置的實驗果是，火車行駛時電容器產生磁場，線圈17產生感生電動勢；火車靜止時，電容器不產生磁場，線圈17不產生感生電動勢。即判斷靜電荷是否產生磁場，完全取決於靜電荷相對於地球參照系是否運動，相對性原理應作進一步研究。這還說明雖然地球和火車都是慣性系，但是兩者並不等價。對火車而言，地球是一個相對優勢參照系。
綜上所述，本發明的進一步的特徵是無論是單極板還是成對極板，無論極板是何形狀，都是對極板施加交變電壓，以求獲得交變的運流電流和交變的磁場。另一特徵是用軟磁絕緣材料如軟磁鐵氧體將極板中間所產生的磁通定向傳導並穿過感應線圈。
為了使本發明的原理更容易理解，雖然與專利權沒有直接的關係，但是我們還是簡要地對本發明所使用到的相對優勢參照系的物理概念作出解釋。
相對優勢參照系就是由萬有引力場(或電磁力、強力和弱力)佔統治地位的物體所確定的參照系。相對優勢參照系中所有物理定律符合各向同性以及光速不變的規律。從宏觀的天體看來，引力場佔統治地位的參照系稱為相對優勢參照系，在地球範圍內，地球的引力場佔主導地位，所以地球為優勢參照系。同理，在太陽引力場佔統治地位的區域內太陽係為相對優勢參照系，等等。在原子領域，原子核所確定的參照係為相對優勢參照系。下面三自然段是本發明所採用原理的簡要補充說明。
重力加速度與升降機所產生的慣性加速度不等價。我們在A、B兩臺逆向加速的升降機中各放置一個帶靜電的球，由於A或B都看到對方有逆向慣性加速度，所以都將會發現對方的靜電球發出電磁波。與此對應，令C、D兩人各持一靜電球分別站於地球對面，C或D都看到對方有逆向重力加速度，卻不會發現對方的靜電球發出電磁波。
將時鐘A置於地球自轉極軸位置，時鐘B置於赤道，並使兩隻時鐘所處的溫度、重力等條件相等。令觀察者處於時鐘A的位置，那麼，他以地球為參照系分析，兩處時鐘是相對靜止的，因而沒有時間膨脹的問題，將它們移到一起時還是同步；但是，以太陽系作為參照系分析，赤道處的時鐘B在相對於極軸處的時鐘A轉動，有時間膨脹的問題，將它們移到一起時不會同步。這就是說，時鐘A、B是否同步，取決於觀察者願意採用哪個參照系。由以上時間的錯誤還可以得出一個推論質能關係在粒子加速時正確，減速時不正確。
對一個光爆，假設站臺參照系看到其波陣面是以光爆點O為中心的同心圓球面，該波陣面對高速火車參照系而言看到的也是圓球面，不過光爆點O′不在球心，而是一個偏心圓球面，根據相對論的觀點，因為光速不變，所以站臺系看到同心圓球面就認為光波從光爆點O到該球面各點所經歷的時間相同，而火車系看到偏心圓球面就意味著認為光波從光爆點O′到該球面各點所經歷的時間不同。但是如果假定在站臺系中該圓球面前後剛好都為一個波長，那麼火車系的觀察者也會認可在火車系中該圓球面前後剛好都為一個波長，由於他距該圓球面前後長度不相等，他必發現該光爆在他自己的參照系中的波長在前後方向不相等。這顯然與相對性原理不相容。
所以，上述的相對優勢參照系同電磁感應原理和運動的帶電導體(羅蘭德運流電流)與通常的傳導電流等價原理一樣，也是本發明的理論基礎。
說明書


。圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖8共7個附圖中，標號全部統一。1-圓形上下極板，2-圓形軟磁鐵氧體或橡膠隔板，3-導磁轉軸，4-電刷，5-上下極板的連接導線，6-直流電源，7-軸磁通感應線圈，8-電壓指示器，9-交流電源，10-磁力線，11-用於減小磁阻的圓形磁導體，12-用於減小磁阻的圓形軟磁鐵氧體，13-邊緣感應線圈，14-上下矩形極板，15-矩形軟磁鐵氧體隔板，16-磁導體，17-感應線圈，18-箭頭(運動方向垂直指向紙面)，圖7僅一對帶電極板，沒標號。
實施例圖3是本發明的一個測轉速裝置，極板1中間夾一個軟磁鐵氧體圓盤2，再給兩極板施加一個交變電壓9。當裝置不旋轉時沒有等效電流，軸3中沒有磁通，線圈7中不會感應出電動勢；當裝置旋轉時，極板中的交變靜電荷隨著極板圓盤的旋轉而形成旋轉的環形交變運流電流，必然在軸3中產生交變磁場，當然會在線圈7中產生感應電動勢。當交變電壓9固定時，線圈7輸出的電壓大小與極板轉速成正比。
圖5是高性能的測量轉速裝置。上下軸都配備有感應線圈，並且採用圓形磁導體11和軟磁鐵氧體圓盤12用於減小磁路中空氣距離，減小磁阻以加強線圈的電磁感應效果。磁力線10通過軟磁鐵氧體圓盤2、軟磁鐵氧體圓盤12，導磁轉軸7、導磁圓盤11以及外部空間形成磁迴路，導磁圓盤11以及軟磁鐵氧體圓盤12向的作用是減小磁阻，兩者儘量靠近。
圖8是平動速度測量裝置。對兩極板1施加交流電壓9，當按照箭頭1 8的方向運動時，極板形成運流電流，使極板中間產生感生磁場。極板中間的軟磁鐵氧體隔板15從兩磁極延伸出來並通過磁導體16形成磁迴路，使交變磁通10穿過線圈17而產生感生電動勢。
權利要求
1.本發明是一種測量轉速和平動速度的裝置，採用的是電磁感應原理和運動的帶電導體(羅蘭德運流電流)與通常的傳導電流等價原理。本發明的特徵是在金屬極板上施加交流電壓，使極板產生極性交變的靜電荷，當極板帶動靜電荷運動時就產生了交變的運流電流，從而產生交變磁場，其磁通通過軟磁體定向傳導而穿過感應線圈，使感應線圈產生感應電動勢。運動速度與感應電動勢成正比，從而實現通過測量感應電動勢來測量速度。圖3是本發明的一個測轉速裝置原理圖，極板1中間夾一個軟磁鐵氧體圓盤2，再給兩極板施加一個交變電壓9，在上下極板中產生極性交變的靜電荷。當裝置不旋轉時，軸3中沒有磁通，線圈7中不會感應出電動勢；當裝置旋轉時，極板中的交變靜電荷隨著極板圓盤的旋轉而形成旋轉的交變運流電流，就相當於給該裝置極板提供環繞的交變電流，必然在軸3中產生交變磁場並在線圈7中產生感應電動勢，使電壓表8顯示電壓。當交變電壓源9的電壓值固定時，線圈7輸出的電壓大小與極板轉速成正比。線圈7不論是固定於地面還是固定於轉軸，都能產生感生電動勢。本發明的平動速度測量裝置採用圖8的結構。對兩極板1施加交流電壓9，當按照箭頭18的方向運動時，極板形成運流電流，使其中間產生感生磁場。極板中間的軟磁鐵氧體隔板15從兩磁極延伸出來並通過磁導體16形成磁迴路，使交變磁通10穿過線圈17而產生感生電動勢。
2.根據權利要求1所述的測速裝置，其進一步的特徵是極板可以是單層、多層和各種形狀，都是對極板施加交變電壓，以求獲得交變的運流電流和交變的磁場。
3.根據權利要求1所述的測速裝置，其進一步的特徵是用軟磁絕緣材料如軟磁鐵氧體將極板中間所產生的磁通定向傳導並穿過感應線圈。
4.根據權利要求1所述的測速裝置，其進一步的特徵是採用圖3的測轉速裝置，極板1中間夾一個軟磁鐵氧體圓盤2，再給兩極板施加一個交變電壓9。當裝置不旋轉時沒有等效電流，軸3中沒有磁通，線圈7中不會感應出電動勢；當裝置旋轉時，極板中的交變靜電荷隨著極板圓盤的旋轉而形成旋轉的運流電流，就相當於給該裝置極板提供環繞的交變電流，必然在軸3中產生交變磁場並會在線圈7中產生感應電動勢。當交變電壓9固定時，線圈7輸出的電壓大小與極板轉速成正比。
5.根據權利要求1所述的測速裝置，其進一步的特徵是採用圖5的測量轉速裝置。上下軸都配備有感應線圈，並且採用圓碟形磁導體11和軟磁鐵氧體圓盤12，用於減小磁路中空氣距離，減小磁阻以加強線圈的電磁感應效果。磁力線10通過軟磁鐵氧體圓盤2、軟磁鐵氧體圓盤12，導磁體轉軸7、導磁體圓盤11以及外部空間形成磁迴路，導磁體圓盤11以及軟磁鐵氧體圓盤12向的作用是減小磁阻，兩者儘量靠近。
6.根據權利要求1所述的測速裝置，其進一步的特徵是採用圖8的平動速度測量裝置。對兩極板1施加交流電壓9，當按照箭頭18的方向運動時，極板形成交變的運流電流，使其中間產生感生磁場。極板中間的軟磁鐵氧體隔板15從兩磁極延伸出來並通過磁導體16形成磁迴路，使交變磁通10穿過線圈17而產生感生電動勢。
全文摘要
本發明是一種測量轉速和平動速度的裝置,其特徵是金屬極板1中間用軟磁鐵氧體隔開並在金屬極板1上施加交流電壓9,使極板1產生極性交變的靜電荷,當極板帶動靜電荷運動時就產生了交變的運流電流,從而產生交變磁場,其磁通通過軟磁體導向而穿過感應線圈8,使感應線圈產生感應電動勢。運動速度與感應電動勢成正比,從而實現通過測量感應電動勢來測量速度。
文檔編號G01P3/42GK1247316SQ9811261
公開日2000年3月15日 申請日期1998年9月7日 優先權日1998年9月7日
發明者陳啟星 申請人:陳啟星