磁性液体测量仪的制作方法

本实用新型涉及一种磁性液体测量仪，属于电子技术应用和实验技术的领域。

背景技术：

磁性液体是一种由包覆有表面活性剂的纳米铁磁性或亚铁磁性颗粒分散于液态载液中而形成的稳定的胶态悬浮液。磁体在磁场作用下会受其影响，而在磁场作用下这种磁性液体不仅具有液体的流动性还有磁体材料的磁性，它是一种新型的纳米液态功能材料，它优越的独特性能在航空航天、机械、冶金、环保和生物医疗等领域有着广泛的应用。

本实用新型的磁性液体测量仪是利用激光测距来检测磁性液体的悬浮高度和变化，能准确测量出磁性液体液面凸起高度变化及其与磁场的关系，能准确而直观地展示磁性液体的悬浮特性。本测量仪还具有液晶屏显示，它操作简单、性能稳定、效果明显，能应用于电磁学、物理等课程的测量与教学实验。

本实用新型的测量仪应用了激光测距模块和微处理器，它通过激光传感器由测距模块向磁性液体发射出激光脉冲，在磁性液体表面被反射产生回波信号，回波信号中包含有相应的待测信息，接收系统接收信号并由信号处理系统进行分折，即可获得测量的距离。测量仪利用微处理器来进行信号的转换与处理，并由液晶屏实时显示磁性液面变化，同时能够展示其液而凸起高度与电流的变化关系，在实验教学中可以激发学生对新材料的兴趣。培养学生的创新思维。

技术实现要素：

针对现有的测量手段和测量仪器的不足，本实用新型设计的磁性液体测量仪，采用了激光测距模块并结合微处理器对磁性液体进行测量，并采用大电流恒流源以产生稳恒的磁场，从而能测量和掌握磁性液体变化与磁场的关系。

本磁性液体测量仪，包括测量仪主机和磁性测量台，测量仪主机上设置有液晶屏、信号输入端口、示波器输出端口、磁场控制输出端口、功能及选择按键和磁场控制旋钮；磁性测量台上设置有激光测距模块、激光头移动槽、刻度尺、测量架、测量盘、磁性线圈、信号输出端口和磁场控制输入端口；本测量仪主机内设置有微处理器及大电流恒流源。

本测量仪通过激光测距模块来测量其与磁性液体凸起的距离，由微处理器根据传感器输入的位移信号进行处理后通过液晶屏直观显示出磁性液体凸起高度，同时能用于测量磁性液体的液面高度的变化与磁场的大小关系。

本测量仪的激光头移动槽是正交的两个移动槽，能使激光头沿X和Y轴两个方向移动，同时其两个移动槽边都具有刻度尺，可以测量出激光头在两轴上移动的准确距离。

本测量仪的激光测距模块主要由脉冲半导体激光发射管、接收系统和光电二极管构成。测量时由激光发射管发射激光脉冲，在磁性液体表面产生反射，由接收系统接收，并成像到光电二极管上。光电二极管将微弱的光信号转化为相应的电信号，得到从脉冲开始到停止之间的时差，由该时差计算液体表面与发射端的距离。而主机内的微处理器对传回的信号进行分析与处理，最终将结果送给液晶屏显示出来。

本测量仪主机内采用的微处理器是TI公司生产的MSP430F479。它是一款超低功耗的单片机，它基于真正的正交16位RISCCPU内核，具有16个可单周期全寻址的16位寄存器，3个不同的时钟信号，6种工作模式，耗电电流很小，并可置于省电模式，以中断的方式唤醒，尽可能地降低功耗。MSP430F479具有强大的运算性能、片内包括有精密硬件乘法器、具有60KB的FLASH、2KB的RAM、12位高精A/D转换器、高精度比较器等常用资源。通过片内的JTAG调试接口即可完成系统编码的调试，开发环境方便高效。

本测量仪具有可控磁场线圈，置于测量仪主机内部，磁场线圈为空心结构，通入线圈的磁场电流由测量仪主机内微处理器所控制的大电流恒流源提供。主机内恒流源所采用的运放芯片为LF353，LF353是一种带内部微调输入偏差电压技术(BI—FETⅡtechnology)的高速运放，它输入阻抗高，并具有极高的转换率。同时为达到大电流输出，在恒流源的输出端采用了大功率的NPN型达林顿复合管电路。

本测量仪可直观显示磁性液面凸起的高度，同时结合功能及选择按键，可以显示通入磁场线圈的电流或者是磁场线圈中磁场的大小，在调整磁场线圈电流的过程中，磁场发生变化，而磁性液体也会引起相应的改变，通过测量可找出磁性液体在不同的磁场影响下的变化规律。

附图说明

图1是测量仪主机外观图，其中的1是液晶屏、2是信号输入端口、3是示波器输出端口、4是磁场控制输出端口、5是功能及选择按键、6是磁场控制旋钮。

图2是磁性测量台外观图，其中的7是激光测距模块，8是激光头移动槽，9是刻度尺，10是测量架，11是磁性液体，12是测量盘，13磁性线圈，14信号输出端口，15磁场控制输入端口。

图3是恒流源电路图。

具体实施方式

结合附图，下面具体说明磁性液体测量仪的工作和电路情况。

测量时，磁场线圈内的电流由测量仪主机上的磁场控制旋钮控制，缓慢旋转就可加大电流，控制信号由连接线从测量仪主机的磁场控制输出端口连接到磁性测量台的磁场控制输入端口，从而逐渐增加测量盘处磁场；测量盘位于磁性线圈中心部，将磁性液体置于测量盘中心，当磁场变化时，会引起磁性液体的改变产生悬浮状。

激光测距模块里的激光发射管可采用功率为5mW激光发射管、为避免可见光的影响，在激光发射管前端加入带通滤光镜片。实验中激光发射管发射激光脉冲，在磁性液体表面产生反射，由接收系统接收，并成像到光电二极管上，光电二极管将微弱的光信号转化为相应的电信号，并从信号输出端口通过信号线将电信号由测量仪主机上的信号输入端口输入给主机，再由主机内的微处理器进行进一步的处理和输出。

本测量仪的功能及选择按键采用独立式键盘，即通过微处理器的I/O口与按键相连，具有中心的菜单及确认键、左右的两个选择键及上下的两个显示按键。通过功能及选择按键可由液晶屏实时显示出激光头测量的磁性液体的变化数据，也可由液晶屏分别显示磁场或控制电流的大小。

本测量仪的液晶屏显示采用低电压、低功耗带中文字库、采用ST7920控制器的128×64液晶显示屏。它具有4/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，其模块接口方式灵活，操作指令简单、方便，可以完成图形显示，并可显示8×4行16×16点阵的汉字，可构成全完整的人机交互图形界面。

本测量仪的磁性测量台的信号输出端口和实验仪主机上的信号输入端口都采用多芯航空插座，通过信号线相互连接。

本测量仪主机内设置有微处理器及大电流恒流源，能实现对磁场的二维准确控制和对磁性液体的变化的准确测量和显示等功能，能测量磁性液体凸起高度与磁场或电流之间的关系。可培养学生的创新思维，适合于电磁学、物理等课程的测量与教学实验。