一种测量地磁水平分量的装置的制作方法

本实用新型涉及一种测量装置，具体涉及一种测量地磁水平分量的装置，本实用新型属于物理检测仪器领域。

背景技术：

目前一种测量地磁水平分量的装置不多，高建东等人利用球形和方形偏置线圈做的装置测量地磁水平分量，但其装置制作困难，较为复杂,成本高。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种测量地磁水平分量的装置，以解决现有技术装置制作困难，较为复杂,成本高的技术问题。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

一种测量地磁水平分量的装置，其特征在于，包括：线圈、悬挂装置、扭转放大装置，线圈通过悬挂装置悬挂在空中，并在通电后在地磁作用下扭转，扭转放大装置将线圈的扭转角度进行显示放大，通过测量显示放大后的结果得到地磁水平分量。

前述的一种测量地磁水平分量的装置，其特征在于，在线圈扭转角度并且线圈完全最后静止后,对显示放大后的结果进行测量,得到地磁水平分量。

前述的一种测量地磁水平分量的装置，其特征在于，在线圈未通电时，线圈平面的法向与地磁水平方向垂直。

前述的一种测量地磁水平分量的装置，其特征在于，通过指南针确定线圈的初始平衡位置。

前述的一种测量地磁水平分量的装置，其特征在于，所述悬挂装置包括悬挂导线、固定端，所述悬挂导线一端连接固定端，另一端连接线圈。

前述的一种测量地磁水平分量的装置，其特征在于，悬挂导线包括第一悬挂导线、第二悬挂导线，固定端包括固定顶端、固定底端，线圈包括相对的两端，第一悬挂导线的一端连接固定顶端，第一悬挂导线的另一端连接线圈的一端，第二悬挂导线的一端连接固定底端，第一悬挂导线的另一端连接线圈的另一端。

前述的一种测量地磁水平分量的装置，其特征在于，扭转放大装置将测量线圈的转动的角度转化到了测量激光光点的移动距离。

前述的一种测量地磁水平分量的装置，其特征在于，所述扭转放大装置包括反射镜组件、光屏、光点产生装置，光电产生装置产生的光点打在反射镜组件上，并通过反射镜组件显示在光屏上，反射镜组件与线圈相连，并跟随线圈扭转而扭转。

前述的一种测量地磁水平分量的装置，其特征在于，所述反射镜组件包括第一反射镜，所述第一反射镜与线圈固定连接，光电产生装置产生的光点通过第一反射镜反射反射显示到光屏上。

本实用新型的有益之处在于：本实用新型的一种测量地磁水平分量的装置运用了力学、光学原理，精准地测出了地球磁场的大小，操作简单，成本低廉。

附图说明

图1是本实用新型一种测量材料剪切弹性模量的装置的一个优选实施的结构示意图；

图2是本实用新型一种测量材料剪切弹性模量的装置的激光路径示意图。

图中附图标记的含义：

1、线圈，2、第一悬挂导线，3、第二悬挂导线，4、第一反射镜，5、固定顶端，6、固定底端，7、光屏，8、光点产生装置。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

参照图1所示，本实用新型一种测量地磁水平分量的装置，包括：线圈1、悬挂装置、扭转放大装置，线圈1通过悬挂装置悬挂在空中，并在通电后在地磁作用下扭转，扭转放大装置将线圈1的扭转角度进行显示放大，通过测量显示放大后的结果得到地磁水平分量。

本实用新型不限制悬挂装置的结果，也不限制扭转放大装置的结构，作为优选，以下实施例均给出了一种示例，但是本领域技术人员可以仿照下面示例和现有技术对悬挂装置、扭转放大装置进行改造。

首先介绍本实用新型的原理。

我们用两根铜丝把一个线圈1固定住，保证线圈1的转动角度等于铜丝的扭转角度，铜丝与外界的电源相连接。初始时刻把线圈平面的法向与地磁水平方向垂直。确定线圈1的初始平衡位置时借助于一个指南针。我们给线圈1通电流，线圈1会受到地磁水平分量的施加磁力矩，因为线圈1转动时带动了铜丝的扭转，所以线圈1同时会受到铜丝施加的反向扭矩。线圈1最后在两个力矩的作用下平衡，线圈1静止后，偏离初始平衡位置的一个角度。更具体来说，

圆轴扭转时，若最大剪应力不超过材料的比例极限，其扭转角公式：

其中，M_x是铜丝横截面上的扭矩，L是铜丝的长度，G是材料的剪切模量，Ip是横截面对截面形心极惯性矩，横截面是圆形。

若铜丝转动一个角度θ，则铜丝最下端横截面上的扭矩为:

$M=\frac{{\mathrm{\θGI}}_P}{L}$

令：$k=\frac{{\mathrm{GI}}_p}{L}$

我们将一根铜丝与线圈1上端紧密相连，另一根铜丝与线圈1下端紧密相连，使得线圈1的转动角度等于铜丝的扭转角度，并且两根铜丝与外界电源连接。

在线圈1中心固定一个反射镜，我们用一束激光以一定的入射角打在反射镜中心，光点反射后在屏幕上形成光点。

初始时刻，使线圈平面的法向与地磁水平分量垂直，不通电流时，线圈1系统受到重力和铜丝的拉力，处于静止，将此时线圈所处的位置称为初始平衡位置。

我们给线圈1通电流，线圈1受到磁力矩M₁和铜丝转动给予的反向扭矩M₂，当线圈1最后静止时，此时线圈1静止的位置与初始平衡位置之间的夹角为θ，光点移动一定距离，此时有M₁＝M₂,即

kθ＝NBIS cosθ

可得：

$B=\frac{k\mathrm{\θ}}{NIScos\mathrm{\θ}}$

其中，L是两根铜丝的总长度，N是线圈1的匝数，I是线圈1所通的电流，θ是线圈1偏离初始平衡位置的角度，d是铜丝的直径,B是地磁的水平分量的大小。

我们根据线圈1的受力平衡推导出地磁水平分量的计算公式：

$B=\frac{k\mathrm{\θ}}{NIScos\mathrm{\θ}}$

其中，k是材料的扭矩系数，N是线圈1的匝数，I是线圈1所通的电流，θ是线圈1偏离初始平衡位置的角度，s是线圈1所围成的面积。

由于线圈1通电情况下最后的平衡位置与初始平衡位置之间的夹角θ很小，不易测量，我们在装置中加入了一个激光放大的部分，在线圈1的内部固定了一个反射镜，将测量线圈1的转动的角度转化到了测量激光光点的移动距离。我们用激光反射路径将其转动角度放大，将激光的路径概括在如下的三角形模型中，只需测量出光点移动的距离，就可以知道转动角度了。

图2是我们激光反射路径的几何模型，根据余弦定理和正弦定理，推导出转角与光点移动距离的转换公式：

这即是偏转角计算公式。

接下来测出地磁水平分量计算公式右边的一些量就可以测出地磁水平分量的大小了。

本实用新型是在线圈1扭转角度并且线圈1完全最后静止后,对显示放大后的结果进行测量,得到地磁水平分量。当线圈1完全最后静止后，其扭转的角度也就完全确定，因此可以避免各种干扰因素对测量结果的影响，因此，本实用新型测得的地磁水平分量的大小的精确度可以非常高。

需要说明的是，本实用新型不限制悬挂装置、扭转放大装置的具体构造，但是作为优选，悬挂装置包括悬挂导线、固定端，悬挂导线一端连接固定端，另一端连接线圈1。

进一步，本实用新型不限定悬挂导线的数量，材质、悬挂导线与线圈1的结合部位。但是作为优选，悬挂导线包括第一悬挂导线2、第二悬挂导线3，固定端包括固定顶端5、固定底端6，线圈1包括相对的两端，第一悬挂导线2的一端连接固定顶端5，第一悬挂导线2的另一端连接线圈1的一端，第二悬挂导线的一端连接固定底端6，第一悬挂导线2的另一端连接线圈1的另一端。

同样的，本实用新型不限制扭转放大装置的具体构造，作为优选，扭转放大装置包括反射镜组件、光屏7、光点产生装置8，光电产生装置8产生的光点打在反射镜组件上，并通过反射镜组件显示在光屏上，反射镜组件与线圈1相连，并跟随线圈1扭转而扭转。

进一步，本实用新型不限制反射镜组件的具体构造，作为优选，反射镜组件包括第一反 射镜4，所述第一反射镜4与线圈1固定连接，光电产生装置产生的光点通过第一反射镜4反射显示到光屏上。

本实施例分别给线圈1通了不同大小的电流，用本装置测出的地磁大小与现有装置的地磁水平分量测量装置进行了对比。

本实用新型实施例装置的一些参量值如表一，需要说明，这些装置参量值，本领域技术人员完全可以根据实际加以更改测试，本实用新型只是作为优选实施例举例说明。根据表一得到的实验数据如下表二：

表一：本实用新型实施例装置的参量值

表一：实验结果

从上表中我们可以看出，本实用新型已经非常精确地测出了地磁水平分量的大小。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。