磁铁周围的磁场

 

■ 为什么要测量磁铁磁场分布？

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在自动分析仪机械臂设计中，使用磁铁作为样本盒的标记物，可以在具有腐蚀气体环境内完成非接触识别固定目标物的种类。那么使用什么形状的磁标，它们之间的距离需要如何安排？这需要通过对磁铁周围的磁场测量建模，才能够帮助设计。

^{▲ 使用步进电机框架来测量磁场的强度分布}

 

01测量方法

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使用 线性霍尔传感器SS495、A1308、A1302 线性霍尔器件可以识别磁铁的极性。这样每一个位置上的磁标编码有三种：磁极N，磁极P,无磁极。

假设磁极的个数为：$N_{magnetic}$，那么可以表示的种类数量为：
$$N_{total}=3^{N_{magnetic}}$$

使用两个磁标，便可以表示$3^2=9$钟种类型。

在实验中使用 HALL3505 来测量磁场的强度。它的灵敏度大约为 1.3mV/G。

^{▲ 实验的方形永磁铁}

为了能够测量磁铁空间磁场的分布，使用 基于ESP8266WiFi步进电机控制 来带动传感器在磁铁附近移动。测定磁铁周围磁场的分布。

 

02测量结果

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由于使用磁标需要多个磁铁，所以下面的测量则分单个磁铁、两个磁铁以及到多个磁铁的情况。

1.单个磁铁

^{▲ 单个磁铁磁场测量结果}

^{▲ 两个重叠的永磁铁的磁场}

^{▲ 三个重叠的永磁铁的磁场}

^{▲ 四个个重叠的永磁铁的磁场}

sample=[2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.43,2.43,2.42,2.42,2.41,2.40,2.39,2.38,2.36,2.35,2.33,2.31,2.28,2.25,2.22,2.19,2.17,2.12,2.08,2.04,2.01,1.97,1.94,1.91,1.88,1.86,1.84,1.82,1.81,1.80,1.79,1.79,1.79,1.80,1.80,1.82,1.83,1.85,1.88,1.90,1.93,1.96,2.00,2.04,2.07,2.11,2.14,2.18,2.21,2.24,2.26,2.28,2.31,2.33,2.35,2.36,2.38,2.39,2.40,2.40,2.41,2.42,2.42,2.42,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43,2.42,2.42,2.42,2.42]

sample=[2.46,2.45,2.45,2.45,2.45,2.45,2.44,2.44,2.43,2.42,2.41,2.40,2.38,2.37,2.35,2.33,2.30,2.27,2.23,2.20,2.16,2.10,2.05,1.99,1.93,1.87,1.81,1.74,1.68,1.62,1.56,1.50,1.45,1.40,1.36,1.33,1.30,1.28,1.27,1.33,1.28,1.28,1.30,1.34,1.34,1.40,1.40,1.44,1.49,1.53,1.59,1.66,1.72,1.78,1.84,1.90,1.96,2.01,2.06,2.10,2.15,2.20,2.23,2.26,2.29,2.31,2.34,2.35,2.37,2.38,2.39,2.40,2.41,2.42,2.42,2.43,2.43,2.43,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.43,2.43,2.43,2.43,2.43]

sample=[2.45,2.45,2.44,2.44,2.43,2.42,2.42,2.40,2.39,2.37,2.35,2.33,2.31,2.28,2.25,2.21,2.17,2.12,2.08,2.01,1.94,1.87,1.80,1.73,1.65,1.57,1.49,1.41,1.35,1.26,1.19,1.13,1.07,1.04,1.02,1.01,1.00,0.99,0.99,0.99,0.99,1.00,1.00,1.02,1.04,1.07,1.12,1.18,1.23,1.30,1.39,1.46,1.54,1.61,1.69,1.77,1.84,1.91,1.96,2.02,2.08,2.12,2.17,2.20,2.24,2.27,2.30,2.32,2.34,2.36,2.37,2.39,2.40,2.41,2.41,2.42,2.42,2.43,2.43,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44,2.44]

sample=[2.45,2.45,2.44,2.43,2.42,2.41,2.40,2.38,2.37,2.35,2.33,2.30,2.27,2.23,2.19,2.15,2.10,2.05,1.99,1.93,1.86,1.78,1.69,1.61,1.52,1.43,1.34,1.25,1.16,1.09,1.03,0.99,0.98,0.97,0.96,0.96,0.96,0.95,0.95,0.95,0.95,0.95,0.95,0.96,0.96,0.97,0.97,0.98,1.00,1.02,1.08,1.17,1.26,1.34,1.43,1.51,1.60,1.68,1.74,1.81,1.88,1.95,2.01,2.06,2.11,2.15,2.19,2.23,2.25,2.28,2.30,2.32,2.34,2.36,2.38,2.39,2.40,2.41,2.42,2.42,2.43,2.43,2.44,2.44,2.44,2.45,2.45,2.45,2.45,2.45,2.45,2.45,2.45,2.45,2.45,2.45,2.45,2.45,2.45,2.45]

^{▲ 不同磁铁叠加在后的磁场分布}

2.两个磁铁

^{▲ 两个磁铁极性测量}

^{▲ 两个磁铁同极性放置测量}

^{▲ 两个磁铁（反极性放置）测量磁场}

3.三个磁铁放置的情况

^{▲ 三个磁铁放置情况}

◎ 距离6mm的情况

^{▲ 三个磁场放置磁场强度测量}

◎ 距离12mm

^{▲ 三个磁场放置磁场强度测量}

^{▲ 三个磁铁紧密放置}

^{▲ 三个磁铁紧密放置磁场}

 

※ 测量结果分析

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1. 使用线性HALL传感器可以识别永磁磁铁的极性和强度，用于磁标是可以的；
2. 磁铁与传感器之间的距离希望小于10毫米；
3. 磁铁之间的距离大于10毫米。

相关工作：

• 设计磁标读写模块-STC8G1K08-HALL