磁场测量系统使用原理

0 引言

磁场测量技术是研究与磁现象有关物理现象的重要手段,己经逐渐形成为一门独立的科学。在国防建设、科学研究、日常生活、工业生产等领域,磁场测量常常起着决定性的作用,精度的高低、测量手段的难易、以及经济性等诸方面的因素,将直接关系到测量仪器的实用性、可推广性。因此,研究和发展高精度、稳定性好、灵敏度强、使用简单、成本低廉的磁场测量仪器有着深远的意义。

根据客户的要求X轴1200mm，Y轴1000mm，Z轴500mm，定位精度±0.02mm，三维垂直度3’。为适合大行程要求单独开发了一套三维平台。

1 系统结构

1.1实现功能

(1) 能够实现空间三维的磁场测量功能，测磁探头及探杆安装在移动平台上，移动平台带动测磁探头在磁场空间移动。测磁过程要求计算机编程自动控制。磁铁位置找正，测磁路径参数设定以后，能够进行自动测磁。

(2) 生成位置点与测磁数据对应的磁场分布数据文件。

(3) 可指定点移动，也可自由手动，自动设置限位。

1.2 系统设计

硬件配置：

控制系统采用MOTEC PCI卡，3轴模拟全闭环控制；伺服电机系统采用MOTEC，X轴使用两套伺服电机，主伺服同步驱动从伺服运动；光栅尺采用高精度MOTEC光尺。机械部分采用MOTEC三坐标大行程平台，软件部分单独开发。

1.3 设备图片

2 控制及工作过程

2.1控制过程

磁场系统将移动距离、速度、加速度写入MOTEC PCI卡，控制卡根据光栅尺反馈的位置进行PID计算输出速度模拟电压传送到X或Y或Z驱动器上，由驱动器控制电机移动，电机带动丝杠连接的平台移动。

    移动过程中，各轴光栅尺实时检测各轴位置反馈到控制卡进行下伺服周期计算。运动到位后，磁场传感器测出数据通过串口传入到软件，软件读取相应值存储到文件。

2.2 工作过程

以测量四极磁铁磁场为例，四极磁铁的磁场区域为圆柱体形场。第一步找正，设定测磁原点（O点），需要用探头找正圆柱体形场的中点，找正后设定该点为圆柱体场的测磁原点（O点）；第二步编程，在测磁原点建立磁场坐标系（笛卡尔坐标系Oxyz），在磁场坐标系中设定一组点（P1～P16）作为测磁点，编程使测磁探头顺序到达P1至P16点，到达每一点后需停留一定时间（比如5秒钟），然后读出磁场测量值，再移动至下一点。第三步测量，按照编好的程序运行，使探头到达每一个测量点，并测得磁场数据，然后生成测磁数据文件（.txt或其它格式）。测磁数据文件中要有每个点的坐标值，及该点对应的磁场值。

3 磁场测量系统

3.1 主要功能

(1) 读取数据txt文件，可方便进行编辑包括(输入、剪切、复制、粘贴、删除、撤消、重做、查找、替换等)，保存为txt文件。

(2) 可进行PID调节，进行参数设置。

(3) 查看IO端口状态功能。

(4) 进行文本编辑后，并且对当前数据进行锁定，防止意外修改。

(5) 直观显示各种数据，坐标、速度、限位值、当前点、停留时间、工作状态等。

(6) 可直接同过计算机面板进行机器移动，也可同过手轮进行移动。

(7) 通过串口读取测量数值，输出测量数据txt文件，可设置输出路径。

(8) 每条指令都进行语法错误判断，在运行中进行运动错误判断，处理。

(9) 软限位功能，能随意设置各轴正负软限位，将机器限制在某个阶段内。

(10)  矩阵功能，能对空间两点间形成的立体进行多点矩阵排列，蛇形移动。

3.2界面介绍

菜单及工具栏，包括文件操作，文本操作，参数设置等基本操作。

左边编辑区，可对文本进行输入，删除，选择，剪切，复制，粘贴等编辑。每一行代表一个点坐标。 

右边显示按钮区，实时显示设备当前位置及速度，当前执行的点记录及总点数。 设置的工作原点，正负限位值。JOG区，手动控制设备移动，按下移动抬起停止。

手动，此按钮可切换手动和自动状态，此手动指手轮。

锁定，此按钮可对文本编辑区进行锁定/解锁。

运行，此按钮可读取文本编辑区内容，然后按照对应点进行移动。

原点，此按钮弹出设置工作原点对话框。

时间，此按钮弹出设置停留时间对话框。

复位，点此按钮可进行机器复位，复位后机器自动移动负软限位位置。

负限，此按钮可将当前坐标设为负软限位。

正限，此按钮可将当前坐标设为正软限位。

3.3菜单介绍

文件：新建、打开、保存、另存为、输出路径、打印、打印预览、打印设置、退出。

编辑：撤消、全选、删除、剪切、复制、粘贴、查找、查找下一个、替换。

系统：配置参数、查看I/O、串口设置、停留时间、工作原点、负限设置、正限设置、矩阵功能。

4 结束语

此系统已成功应用，并且各项指标达到或超过客户要求，XYZ轴重复定位精度0.01mm，速度范围在1~100mm/s，机器运行平稳。软件开发考虑周全，符合客户要求，并且提供许多方便快捷的操作方式，菜单、按钮、快捷键多种方法操作；并且显示各种运行数据，比较直观。此系统只要替换为其它传感器如：压力、温度、超声等，便可应用测量工程。