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CN117008022A - 基于霍尔元件的磁选设备磁场特性自动扫描分析仪及方法 - Google Patents

基于霍尔元件的磁选设备磁场特性自动扫描分析仪及方法 Download PDF

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CN117008022A
CN117008022A CN202310955229.XA CN202310955229A CN117008022A CN 117008022 A CN117008022 A CN 117008022A CN 202310955229 A CN202310955229 A CN 202310955229A CN 117008022 A CN117008022 A CN 117008022A
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CN
China
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magnetic field
magnetic
data
measuring instrument
computer
Prior art date
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Pending
Application number
CN202310955229.XA
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刘恩建
吴俊杰
郑乐
刘子豪
周佳豪
郭小飞
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University of Science and Technology Liaoning USTL
Original Assignee
University of Science and Technology Liaoning USTL
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Publication date
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Priority to CN202310955229.XA priority Critical patent/CN117008022A/zh
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    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
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    • G01R33/07—Hall effect devices
    • G—PHYSICS
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    • G01R33/022—Measuring gradient
    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明提供了一种基于霍尔元件的磁选设备磁场特性自动扫描分析仪及方法，能够直接测量磁系周围空间中磁感应强度、磁场梯度及磁场力的设备，并能够对匀速旋转的磁场进行测量。包括手持式检测仪和计算机；手持式检测仪包括手持式的结构框架和设置在结构框架上的传感器，传感器包括激光扫描传感器、磁场测量仪和角度传感器。所述的激光扫描传感器用于获取磁系或周围物体三维点云数据；磁场测量仪包括多个霍尔传感器矩阵，用于获得空间中的磁感应强度；磁场测量仪根据不同测量位置需求进行旋转以测量所需磁场方向；所述的角度传感器用于测量磁场测量仪的旋转角度；激光扫描传感器、磁场测量仪和角度传感器均通过数据传输电缆与计算机连接。

Description

基于霍尔元件的磁选设备磁场特性自动扫描分析仪及方法
技术领域
本发明涉及磁场检测仪技术领域，尤其涉及一种基于霍尔元件的磁选设备磁场特性自动扫描分析仪及方法。
背景技术
磁场测量技术一直以来都在众多领域广泛应用，如地球物理、空间技术、军事工程、工业、生物学、医学和考古学等。在矿物加工领域，由于磁选技术的发展磁选设备磁场设计和实际磁场测量的需求与日俱增，快速准确的测量磁选设备的磁场特性离不开磁场描绘仪。目前，在国内实际生产及试验教学中经常使用的磁场描绘仪有两种类型。第一种类型是由亥姆霍兹线圈和探测线圈组成，利用电磁感应法进行磁场探测。该方法操作不便，准确度较低，难以精确定位和测量。第二种类型是由亥姆霍兹线圈和霍尔元件组成，利用霍尔效应来探测磁场。该方法缺乏形象性，读数较为繁琐且容易产生回程差。因此，现在需要设计一种新型的磁场测量仪器，以更好地适应磁选设备开发，磁场特性测量，磁场监测和试验教学的实际需求。
发明内容
为了解决背景技术中的技术问题，本发明提供了一种基于霍尔元件的磁选设备磁场特性自动扫描分析仪及方法，能够直接测量磁系周围空间中磁感应强度、磁场梯度及磁场力的设备，并能够对匀速旋转的磁场进行测量，并可解决传统高斯计手持使用导致空间读数不稳定的问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种基于霍尔元件的磁选设备磁场特性自动扫描分析仪，包括手持式检测仪和计算机；所述的手持式检测仪包括手持式的结构框架和设置在结构框架上的传感器，所述的传感器包括激光扫描传感器、磁场测量仪和角度传感器。
所述的激光扫描传感器用于获取磁系或周围物体三维点云数据；
所述的磁场测量仪包括多个霍尔传感器矩阵，每个霍尔传感器矩阵均是由多个霍尔传感器组成，用于获得空间中的磁感应强度；磁场测量仪能够根据不同测量位置需求进行旋转以方便测量所需磁场方向；
所述的角度传感器用于测量磁场测量仪的旋转角度；
激光扫描传感器、磁场测量仪和角度传感器均通过数据传输电缆与计算机连接。
进一步地，所述的手持式检测仪为由上斜臂和下斜臂及竖杆构成的横向的A字型结构框架，尾部为手柄，上斜臂和下斜臂前部各设有激光扫描传感器，竖杆上设有磁场测量仪，磁场测量仪是由安装在横杆上的多个霍尔传感器矩阵构成，每个霍尔传感器矩阵均是由多个霍尔传感器组成，磁场测量仪的横杆通过中心旋转轴与竖杆连接；所述的中心旋转轴为阻尼旋转轴。
进一步地，所述的角度传感器设置在竖杆中心。
进一步地，组成霍尔传感器矩阵的霍尔传感器数量及排列方式根据磁场类型和设计要求决定。
进一步地，所述的一种基于霍尔元件的磁选设备磁场特性自动扫描分析仪的扫描分析方法，包括仅测量某一位置磁场的方法、测量静态三维磁场的方法、测量可知转速动态磁场的方法和测量未知转速动态磁场的方法；
所述的仅测量某一位置磁场的方法包括如下步骤：
S101、根据所需测量位置旋转磁场测量仪以方便测量所需磁场方向；
S102、将手持检测仪固定在所需测量位置保持静止；
S103、霍尔传感器获取当前位置磁感应强度数据H；
S104、将磁感应强度数据H传输到计算机中，并根据需要进行曲线拟合；
S105、在计算机中进行磁场强度、磁场梯度、磁场力计算：
根据霍尔传感器在霍尔传感器矩阵中的位置及相邻其它霍尔传感器的磁感应强度数据H计算得到磁场梯度grandH以及磁场力H·grandH
mag_h(i)＝f(xi)；
mag_h(i)为记录第i个霍尔传感器的测量磁场；
f(xi)为磁场强度拟合曲线，未确定拟合曲线时第i个霍尔传感器测量磁场强度直接记录为mag_h(i)；xi为霍尔传感器长度方向的测量位置；确定拟合曲线时可根据拟合曲线确定不存在传感器的空间位置的磁感应强度；
mag_h(i+1)＝f(xi+1)；mag_h(i+1)为第i+1个霍尔传感器的测量磁场，未确定拟合曲线时传感器i+1测量磁场强度即为mag_h(i+1)；xi+1为测量位置；
grandH＝(fabs(mag_h(i+1)-mag_h(i)))/(xi+1-xi)；grandH为磁场梯度；
H＝mag_h(i)；
S106、计算机选择沿磁场测量仪长度方向得到的磁感应强度、磁场梯度及磁场力数据；
S107、将数据输出并可根据要求绘制为表格或所需图形；
所述的测量静态三维磁场的方法包括如下步骤：
S201、根据所需测量位置旋转磁场测量仪以方便测量所需磁场方向；
S202、在所需检测空间位置附近移动手持检测仪或将手持检测仪固定在某位置保持静止；
S203、激光扫描传感器获取磁系或周围物体三维点云数据；
S204、计算机通过点云数据建立磁系或物体三维空间模型；
S205、计算机通过点云数据确定手持检测仪的相对位置；
S206、计算机根据手持检测仪的空间位置及角度传感器确定磁场测量仪的空间位置；
S207、计算机根据磁场测量仪的空间位置以及磁场测量仪上霍尔传感器的位置和排列确定每个霍尔传感器在空间中的位置；
S208、同理步骤S105；计算机计算所有相邻霍尔传感器之间数据得到空间中的磁感应强度及各个方向的磁场梯度及空间磁场力数据；
S209、将数据输出并可根据要求绘制为三维云图同时生成磁系三维模型；
所述的测量可知转速动态磁场的方法包括如下步骤：
S301、根据所需测量位置旋转磁场测量仪以方便测量所需磁场方向；
S302、输入磁场转速数据至计算机；
S303、将手持检测仪固定在所需测量位置保持静止；
S304、霍尔传感器获取当前位置当前时刻磁感应强度数据Ht，并根据需要进行曲线拟合；
S305、将当前时刻磁感应强度数据Ht传输到计算机中；
S306、计算机根据测量霍尔传感器在霍尔传感器矩阵中的位置及当前时刻相邻其他霍尔传感器的磁感应强度数据Ht计算得到磁场梯度grandHt以及磁场力Ht·grandHt；
S307、同理根据S105计算当前时刻磁场梯度grandHt；
S308、计算机选择相邻沿磁场测量仪长度方向得到当前时刻磁感应强度、磁场梯度及磁场力数据；
S309、计算机根据当前时间t及磁系转速数据对磁感应强度及磁场梯度数据进行计算；
S310、将数据输出并可根据要求绘制旋转磁系沿圆周方向的磁场数据图像或表格；
所述的测量未知转速动态磁场的方法包括如下步骤：
S401、根据所需测量位置旋转磁场测量仪以方便测量所需磁场方向；
S402、在所需检测空间位置附近移动手持检测仪；
S403、激光扫描传感器通过扫描旋转磁系获得磁系转速；
S404、激光扫描传感器获取磁系或周围物体三维点云数据；
S405、计算机通过点云数据确定手持检测仪的相对位置；
S406、同S304-S307；
S407、计算机根据手持检测仪的空间位置及角度传感器确定磁场测量仪的空间位置；
S408、计算机根据磁场测量仪的空间位置以及磁场测量仪上霍尔传感器的位置和排列确定每个霍尔传感器在空间中的位置；
S409、计算机根据手持检测仪空间位置信息、当前磁场转速信息、当前时间t、当前时刻磁感应强度Ht计算得到旋转磁场的周向空间磁感应强度Ht数据；
S410、计算机根据旋转磁场的周向空间磁感应强度Ht数据计算得到周向空间中的磁场梯度及周向空间磁场力数据；
S411、将数据输出并可根据要求绘制为三维云图同时生成磁系三维模型。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明的一种基于霍尔元件的磁选设备磁场特性自动扫描分析仪及方法，能够直接测量磁系周围空间中磁感应强度、磁场梯度及磁场力的设备，并能够对匀速旋转的磁场进行测量，并可解决传统高斯计手持使用导致空间读数不稳定的问题；
2)磁场测量仪是本发明的关键，其中霍尔传感器的数量，分布方式，各个霍尔传感器之间的相对位置关系，输出的磁感应强度及磁感应强度的计算方法都会影响测量结果的准确定性。本发明中的磁场测量仪上的霍尔传感器由于采用矩阵布局，结合计算机中程序的使用，一方面能够克服传统高斯计检测结果单一，后期数据处理复杂的缺点；一方面结合激光扫描传感器的使用能够准确的确定磁系周围空间中磁场数据的具体位置，从而提高现场数据的采集便利性，对磁场的数据进行实时的检测与采集。能够快速测量多种类型的磁场数据。
3)本发明可以更好地适应磁选设备开发、磁场特性测量、磁场监测和试验教学的实际需求。
附图说明
图1为本发明的一种基于霍尔元件的磁选设备磁场特性自动扫描分析仪的实施例结构示意图；
图2为本发明实施例的传感器位置视图；
图3为本发明的使用方法流程图；
图4为本发明实施例的单独磁场测量方法图；
图5为本发明实施例的单独磁场测量方法结果图；
图6为本发明实施例的三维静态磁场测量方法图；
图7为本发明实施例的三维静态磁场测量方法结果图；
图8为本发明实施例的旋转磁场测量方法图；
图9为本发明实施例的旋转磁场测量方法结果图。
图中：1-手持式检测仪 2-计算机 3-手柄 4-数据传输电缆 5-激光扫描传感器6-磁场测量仪 7-霍尔传感器 8-霍尔传感器矩阵 9-角度传感器 10-所测磁系。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，一种基于霍尔元件的磁选设备磁场特性自动扫描分析仪，包括手持式检测仪1和计算机2；所述的手持式检测仪1包括手持式的结构框架和设置在结构框架上的传感器，所述的传感器包括激光扫描传感器5、磁场测量仪6和角度传感器9。
所述的激光扫描传感器5用于获取磁系或周围物体三维点云数据。
所述的磁场测量仪6包括多个霍尔传感器矩阵8，每个霍尔传感器矩阵8均是由多个霍尔传感器7组成，用于获得空间中的磁感应强度；磁场测量仪6能够根据不同测量位置需求进行旋转以方便测量所需磁场方向。
所述的角度传感器9用于测量磁场测量仪6的旋转角度。
激光扫描传感器5、磁场测量仪6和角度传感器9均通过数据传输电缆4与计算机2连接。
如图1-图2所示，本实施例中设计的手持式检测仪1为由上斜臂和下斜臂及竖杆构成的横向的A字型结构框架，尾部为手柄3，上斜臂和下斜臂前部各设有激光扫描传感器5，竖杆上设有磁场测量仪6，磁场测量仪6是由安装在横杆上的多个霍尔传感器矩阵8构成，每个霍尔传感器矩阵8均是由多个霍尔传感器7组成，磁场测量仪6通过中心的旋转轴与手持检测仪1连接；本实施例具体为：磁场测量仪6的横杆通过中心旋转轴与竖杆连接。
所述的中心旋转轴为阻尼旋转轴。旋转轴存在一定阻尼使磁场测量仪6在正常使用情况下不会随意旋转。
本实施例中，所述的角度传感器9设置在竖杆中心，可采用现有技术中的编码器。
本实施例中，组成霍尔传感器矩阵8的霍尔传感器7数量及排列方式根据磁场类型和设计要求决定。
本实施例中，激光扫描传感器5设置在上斜臂和下斜臂前部内侧，可以扫描获取其内部区域范围的磁系或周围物体三维点云数据。也可以将激光扫描传感器5设置在上斜臂和下斜臂的前端，可以获取更大区域范围的磁系或周围物体三维点云数据。
如图3所示，本实施例中，所述的一种基于霍尔元件的磁选设备磁场特性自动扫描分析仪的扫描分析方法，包括仅测量某一位置磁场的方法、测量静态三维磁场的方法、测量可知转速动态磁场的方法和测量未知转速动态磁场的方法；
所述的仅测量某一位置磁场的方法包括如下步骤：
S101、旋转磁场测量仪6至合适位置；
S102、将手持检测仪1固定在所需测量位置保持静止；
S103、霍尔传感器7获取当前位置磁感应强度数据H；
S104、将磁感应强度数据H传输到计算机2中，并根据需要进行曲线拟合；
S105、在计算机2中进行磁场强度、磁场梯度、磁场力计算：
mag_h(i)＝f(xi)；
mag_h(i)为记录第i个霍尔传感器7的测量磁场；
f(xi)为磁场强度拟合曲线，未确定拟合曲线时第i个霍尔传感器7测量磁场强度直接记录为mag_h(i)；xi为霍尔传感器7长度方向的测量位置(横杆方向)；确定拟合曲线时可根据拟合曲线确定不存在霍尔传感器7的空间位置的磁感应强度；
mag_h(i+1)＝f(xi+1)；mag_h(i+1)为第i+1个霍尔传感器7的测量磁场，未确定拟合曲线时第i+1霍尔传感器7测量磁场强度即为mag_h(i+1)；xi+1为测量位置；
grandH＝(fabs(mag_h(i+1)-mag_h(i)))/(xi+1-xi)；grandH为磁场梯度；
H＝mag_h(i)；
磁场梯度公式：
式中：grandH为磁场梯度，dH为相邻霍尔传感器7磁感应强度差，dx为相邻霍尔传感器7距离差。
根据霍尔传感器7在霍尔传感器矩阵8中的位置及相邻其它霍尔传感器7的磁感应强度数据H计算得到磁场梯度grandH以及磁场力H·grandH。
S106、计算机2选择相邻沿磁场测量仪6长度方向得到的磁感应强度、磁场梯度及磁场力数据；
S107、将数据输出并根据要求绘制为表格或所需图形；
所述的测量静态三维磁场的方法包括如下步骤：
S201、旋转磁场测量仪6至合适位置；
S202、在所需检测空间位置附近移动手持检测仪1或将手持检测仪1固定在某位置保持静止；
S203、激光扫描传感器5获取磁系或周围物体三维点云数据；
S204、计算机2通过点云数据建立磁系或物体三维空间模型；
S205、计算机2通过点云数据确定手持检测仪1的相对位置；
S206、计算机2根据手持检测仪1的空间位置及角度传感器9确定磁场测量仪6的空间位置；
S207、计算机2根据磁场测量仪6的空间位置以及磁场测量仪6上霍尔传感器7的位置和排列确定每个霍尔传感器7在空间中的位置Xi,Yi,Zi；
S208、同步骤S105；计算机2计算所有相邻霍尔传感器7之间数据得到空间中的磁感应强度及各个方向的磁场梯度及空间磁场力数据；
以X方向为例，程序设计为：
#include<iostream>
Usingnamespacestd；
intmain()
{
intX,Y,Z；
floatH,grandH,F；
for(i＝1；i≤n；i++){
doublemag_h(i)＝f(xi)；//记录传感器i测量磁场
//f(xi)为X方向磁场强度拟合曲线，未确定拟合曲线时传感器i测量磁场强度直接记录为mag_h(xi)；xi为第i传感器的X方向测量位置；确定拟合曲线时可根据拟合曲线确定不存在传感器的空间位置的磁感应强度。
doublemag_h(i+1)＝f(xi+1)；//第i+1个传感器的测量磁场，未确定拟合曲线时第i+1个传感器的测量磁场强度即为mag_h(i+1)；xi+1为第i+1传感器的X方向测量位置；
doublegrandHx＝(fabs(mag_h(i+1)-mag_h(i)))/(xi+1-xi)；//X方向磁场梯度计算
}
count<<"测量位置的坐标为"<<X<<Y<<Z<<endl；
count<<"磁场强度"<<H<<endl；
count<<"磁场梯度"<<grandHx<<endl；
count<<"磁场力"<<H·grandHx<<endl；
return0；
}
Y方向和Z方向磁场梯度与X方向磁场梯度计算相同。
S209、将数据输出并根据要求绘制为三维云图同时生成磁系三维模型；
所述的测量可知转速动态磁场的方法包括如下步骤：
S301、旋转磁场测量仪6至合适位置；
S302、输入磁场转速数据至计算机2；
S303、将手持检测仪1固定在所需测量位置保持静止；
S304、霍尔传感器7获取当前位置当前时刻磁感应强度数据Ht，并根据需要进行曲线拟合；
S305、将当前时刻磁感应强度数据Ht传输到计算机2中；
S306、计算机2根据测量霍尔传感器7在霍尔传感器矩阵8中的位置及当前时刻相邻其他霍尔传感器7的磁感应强度数据Ht计算得到磁场梯度grandHt以及磁场力Ht·grandHt；
S307、同理根据S15计算当前时刻磁场梯度grandHt；
S308、计算机2选择相邻沿磁场测量仪6长度方向得到当前时刻磁感应强度、磁场梯度及磁场力数据；
S309、计算机2根据当前时间t及磁系转速数据对磁感应强度及磁场梯度数据进行计算；
S310、将数据输出并可根据要求绘制旋转磁系沿圆周方向的磁场数据图像或表格；
所述的测量未知转速动态磁场的方法包括如下步骤：
S401、旋转磁场测量仪6至合适位置；
S402、在所需检测空间位置附近移动手持检测仪1；
S403、激光扫描传感器5通过扫描旋转磁系获得磁系转速；
S404、激光扫描传感器5获取磁系或周围物体三维点云数据；
S405、计算机2通过点云数据确定手持检测仪1的相对位置；
S406、同S304-S307；
S407、计算机2根据手持检测仪1的空间位置及角度传感器9确定磁场测量仪6的空间位置；
S408、计算机2根据磁场测量仪6的空间位置以及磁场测量仪6上霍尔传感器7的位置和排列确定每个霍尔传感器7在空间中的位置；
S409、计算机2根据手持检测仪1空间位置信息、当前磁场转速信息、当前时间t、当前时刻磁感应强度Ht计算得到旋转磁场的周向空间磁感应强度Ht数据；
S410、计算机2根据旋转磁场的周向空间磁感应强度Ht数据计算得到周向空间中的磁场梯度及周向空间磁场力数据；
S411、将数据输出并可根据要求绘制为三维云图同时生成磁系三维模型。
霍尔传感器7的原理如下：霍尔传感器7通过在一块半导体单晶薄片的纵向二端通以电流，此时半导体中的电子沿着和电流相反方向运动。当放入垂直于半导体平面的磁场中时，则电子会受到磁场力的作用而发生偏转(即所谓洛伦兹力)使在薄片的一个横端面上产生了电子积累，造成二横端面之间建立了电场，即产生了电场力，而起到阻止电子偏转的作用。当磁场力等于电场力时，电子的积累，达到动态平衡，就产生了一个稳定的霍尔电势根据霍尔电势通过计算就能得到当前位置的磁感应强度。
磁感应强度的基本公式为：
式中：B为磁通密度，K为霍尔传感器元件灵敏度，I为工作电流，V为霍尔电压。
具体实施过程如下：
如图1-图3所示手持检测仪1与计算机2通过数据传输电缆4连接成功后，首先将根据所测磁场类型确定测量模式，并根据确定位置需求旋转磁场测量仪6以方便测量所需磁场方向(磁场测量仪6不仅限于例中单线形式，可以存在为多种更宽的类型，上可布置更多组霍尔传感器，在测量过程中也可根据需求实时调整位置)，根据所示步骤，将旋转磁场测量仪6在所需测量的位置移动，得到磁场各项数据。
如图4-图5所示，当仅测量某一位置磁场信息时，将手持检测仪固定在所需测量位置保持静止霍尔传感器7获取当前位置磁感应强度数据H，将磁感应强度数据H传输到计算机2中，计算机2根据霍尔传感器7在霍尔传感器矩阵8中的位置及相邻其他霍尔传感器7的磁感应强度数据H计算得到磁场梯度grandH以及磁场力H·grandH，磁场梯度公式：计算机2选择相邻沿磁场测量仪6长度方得到的磁感应强度、磁场梯度及磁场力数据。将数据输出并可根据要求绘制为表格或所需图形。
如图6-图7所示，当需要测量静态三维磁场时，在所需检测空间位置附近移动手持检测仪，或将手持检测仪固定在某位置保持静止，激光扫描传感器5获取磁系或周围物体三维点云数据，计算机2通过点云数据建立磁系或物体三维空间模型，计算机2通过点云数据确定手持检测仪1的相对位置，计算机2根据手持检测仪1的空间位置及位置传感器9确定磁场测量仪6的空间位置，计算机2根据磁场测量仪6的空间位置以及磁场测量仪6上霍尔传感器7的位置和排列确定每个霍尔传感器在空间中的位置，霍尔传感器7获取当前位置磁感应强度数据H，将磁感应强度数据H传输到计算机2中，计算机2根据霍尔传感器7在霍尔传感器矩阵8中的位置及相邻其他霍尔传感器7的磁感应强度数据H计算得到磁场梯度grandH以及磁场力H·grandH，计算机2计算所有相邻霍尔传感器7之间数据得到空间中的磁感应强度及各个方向的磁场梯度及空间磁场力数据。将数据输出并可根据要求绘制为三维云图同时生成磁系三维模型。
如图8-图9所示，当测量可知转速动态磁场时，输入磁场转速数据，将手持检测仪固定在所需测量位置保持静止，霍尔传感器7获取当前位置当前时刻磁感应强度数据Ht，将当前时刻磁感应强度数据Ht传输到计算机2中，计算机2根据测量霍尔传感器7在霍尔传感器矩阵8中的位置及当前时刻相邻其他霍尔传感器7的磁感应强度数据Ht计算得到磁场梯度grandHt以及磁场力Ht·grandHt，同理根据S105计算当前时刻磁场梯度grandHt，计算机2选择相邻沿磁场测量仪6长度方向得到当前时刻磁感应强度、磁场梯度及磁场力数据。计算机2根据当前时间t及磁系转速数据对磁感应强度及磁场梯度数据进行计算，将数据输出并可根据要求绘制旋转磁系沿圆周方向的磁场数据图像或表格
如图8-图9所示，当测量未知转速动态磁场时，在所需检测空间位置附近移动手持检测仪，激光扫描传感器5通过扫描旋转磁系获得磁系转速，激光扫描传感器5获取磁系或周围物体三维点云数据，计算机2通过点云数据确定手持检测仪1的相对位置霍尔传感器7获取当前位置当前时刻磁感应强度数据Ht，将当前时刻磁感应强度数据Ht传输到计算机2中，计算机2根据测量霍尔传感器7在霍尔传感器矩阵8中的位置及当前时刻相邻其他霍尔传感器7的磁感应强度数据Ht计算得到磁场梯度grandHt以及磁场力Ht·grandHt，同理根据S304-S307计算当前时刻磁场梯度grandHt，计算机2根据手持检测仪1的空间位置及位置传感器9确定磁场测量仪6的空间位置，计算机2根据磁场测量仪6的空间位置以及磁场测量仪6上霍尔传感器7的位置和排列确定每个霍尔传感器在空间中的位置，计算机2根据手持检测仪1空间位置信息、当前磁场转速信息、当前时间t、当前时刻磁感应强度Ht计算得到旋转磁场的周向空间磁感应强度Ht数据，计算机2根据旋转磁场的周向空间磁感应强度Ht数据计算得到周向空间中的磁场梯度及周向空间磁场力数据。
以上实施例中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护的范围。

Claims (5)

1.一种基于霍尔元件的磁选设备磁场特性自动扫描分析仪，其特征在于，包括手持式检测仪和计算机；所述的手持式检测仪包括手持式的结构框架和设置在结构框架上的传感器，所述的传感器包括激光扫描传感器、磁场测量仪和角度传感器；
所述的激光扫描传感器用于获取磁系或周围物体三维点云数据；
所述的磁场测量仪包括多个霍尔传感器矩阵，每个霍尔传感器矩阵均是由多个霍尔传感器组成，用于获得空间中的磁感应强度；磁场测量仪能够根据不同测量位置需求进行旋转以方便测量所需磁场方向；
所述的角度传感器用于测量磁场测量仪的旋转角度；
激光扫描传感器、磁场测量仪和角度传感器均通过数据传输电缆与计算机连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于霍尔元件的磁选设备磁场特性自动扫描分析仪，其特征在于，所述的手持式检测仪为由上斜臂和下斜臂及竖杆构成的横向的A字型结构框架，尾部为手柄，上斜臂和下斜臂前部各设有激光扫描传感器，竖杆上设有磁场测量仪，磁场测量仪是由安装在横杆上的多个霍尔传感器矩阵构成，每个霍尔传感器矩阵均是由多个霍尔传感器组成，磁场测量仪的横杆通过中心旋转轴与竖杆连接；所述的中心旋转轴为阻尼旋转轴。
3.根据权利要求2所述的一种基于霍尔元件的磁选设备磁场特性自动扫描分析仪，其特征在于，所述的角度传感器设置在竖杆中心。
4.根据权利要求1所述的一种基于霍尔元件的磁选设备磁场特性自动扫描分析仪，其特征在于，组成霍尔传感器矩阵的霍尔传感器数量及排列方式根据磁场类型和设计要求决定。
5.权利要求1所述的一种基于霍尔元件的磁选设备磁场特性自动扫描分析仪的扫描分析方法，其特征在于，包括仅测量某一位置磁场的方法、测量静态三维磁场的方法、测量可知转速动态磁场的方法和测量未知转速动态磁场的方法；
所述的仅测量某一位置磁场的方法包括如下步骤：
S101、根据所需测量位置旋转磁场测量仪以方便测量所需磁场方向；
S102、将手持检测仪固定在所需测量位置保持静止；
S103、霍尔传感器获取当前位置磁感应强度数据H；
S104、将磁感应强度数据H传输到电脑中，并根据需要进行曲线拟合；
S105、在计算机中进行磁场强度、磁场梯度、磁场力计算：
根据霍尔传感器在霍尔传感器矩阵中的位置及相邻其它霍尔传感器的磁感应强度数据H计算得到磁场梯度grandH以及磁场力H·grandH
mag_h(i)＝f(xi)；
mag_h(i)为记录第i个霍尔传感器的测量磁场；
f(xi)为磁场强度拟合曲线，未确定拟合曲线时第i个霍尔传感器测量磁场强度直接记录为mag_h(i)；xi为第i个霍尔传感器长度方向的测量位置；确定拟合曲线时能根据拟合曲线确定不存在霍尔传感器的空间位置的磁感应强度；
mag_h(i+1)＝f(xi+1)；mag_h(i+1)为第i+1个霍尔传感器的测量磁场，未确定拟合曲线时第i+1霍尔传感器的测量磁场强度即为mag_h(i+1)；xi+1为测量位置；
grandH＝(fabs(mag_h(i+1)-mag_h(i)))/(xi+1-xi)；grandH为磁场梯度；
H＝mag_h(i)；
S106、计算机选择沿磁场测量仪长度方向得到的磁感应强度、磁场梯度及磁场力数据；
S107、将数据输出并根据要求绘制为表格或所需图形；
所述的测量静态三维磁场的方法包括如下步骤：
S201、根据所需测量位置旋转磁场测量仪以方便测量所需磁场方向；
S202、在所需检测空间位置附近移动手持检测仪或将手持检测仪固定在某位置保持静止；
S203、激光扫描传感器获取磁系或周围物体三维点云数据；
S204、计算机通过点云数据建立磁系或物体三维空间模型；
S205、计算机通过点云数据确定手持检测仪的相对位置；
S206、计算机根据手持检测仪的空间位置及角度传感器确定磁场测量仪的空间位置；
S207、计算机根据磁场测量仪的空间位置以及磁场测量仪上霍尔传感器的位置和排列确定每个霍尔传感器在空间中的位置X,Y,Z；
S208、同理步骤S105；计算机计算所有相邻霍尔传感器之间数据得到空间中的磁感应强度及各个方向的磁场梯度及空间磁场力数据；
S209、将数据输出并根据要求绘制为三维云图同时生成磁系三维模型；
所述的测量可知转速动态磁场的方法包括如下步骤：
S301、根据所需测量位置旋转磁场测量仪以方便测量所需磁场方向；
S302、输入磁场转速数据至计算机；
S303、将手持检测仪固定在所需测量位置保持静止；
S304、霍尔传感器获取当前位置当前时刻磁感应强度数据Ht，并根据需要进行曲线拟合；
S305、将当前时刻磁感应强度数据Ht传输到计算机中；
S306、计算机根据测量霍尔传感器在霍尔传感器矩阵中的位置及当前时刻相邻其他霍尔传感器的磁感应强度数据Ht计算得到磁场梯度grandHt以及磁场力Ht·grandHt；
S307、同理根据S105计算当前时刻磁场梯度grandHt；
S308、计算机选择相邻沿磁场测量仪长度方向得到当前时刻磁感应强度、磁场梯度及磁场力数据；
S309、计算机根据当前时间t及磁系转速数据对磁感应强度及磁场梯度数据进行计算；
S310、将数据输出并根据要求绘制旋转磁系沿圆周方向的磁场数据图像或表格；
所述的测量未知转速动态磁场的方法包括如下步骤：
S401、根据所需测量位置旋转磁场测量仪以方便测量所需磁场方向；
S402、在所需检测空间位置附近移动手持检测仪；
S403、激光扫描传感器通过扫描旋转磁系获得磁系转速；
S404、激光扫描传感器获取磁系或周围物体三维点云数据；
S405、计算机通过点云数据确定手持检测仪的相对位置；
S406、同S304-S307；
S407、计算机根据手持检测仪的空间位置及角度传感器确定磁场测量仪的空间位置；
S408、计算机根据磁场测量仪的空间位置以及磁场测量仪上霍尔传感器的位置和排列确定每个霍尔传感器在空间中的位置；
S409、计算机根据手持检测仪空间位置信息、当前磁场转速信息、当前时间t、当前时刻磁感应强度Ht计算得到旋转磁场的周向空间磁感应强度Ht数据；
S410、计算机根据旋转磁场的周向空间磁感应强度Ht数据计算得到周向空间中的磁场梯度及周向空间磁场力数据；
S411、将数据输出并根据要求绘制为三维云图同时生成磁系三维模型。
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