電磁鐵的應用

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電磁鐵的應用范文第1篇

關鍵詞 磁法勘探；鐵礦；應用

中圖分類號TD1 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2014）122-0097-02

在20世紀六七十年代，我國在部分地區進行了多次尋找富饒鐵礦為重點的計劃，在當時取得了一批重要的成果，但是由于當時條件和技術的限制，無法進行更深層次的探查。如今隨著我國科技的不斷進步，我國提出及時對相關礦區進行勘察驗證對于緩解我國礦石行業的嚴峻形勢、擴大我國鐵資源有著十分重要的戰略意義。我國科研人員通過對鐵礦勘察進行各種方法的實驗發現，磁法是重要且有效的方法，通過對磁法勘探給出的資料進行各方面的分析探究，也是尋找鐵礦的重要依據。

磁法勘探又稱磁力勘探（簡稱磁法）。磁法勘探可在地面（地面磁法）空中（航空磁法）海洋（海洋磁法），地面鉆孔中（井中磁法）和衛星磁測進行。可以在地面找專業人員設立起測網設備，然后通過磁力儀來對出現磁異常現象的位置進行研究并分析其分布特點，在分析后通常采取等值線圖的方法對其異常值進行修正并記錄，但是在這個過程中極易出現較大的誤差，因此工作人員在測量過程中要盡可能避免易導致事物發生的問題。由于在測量時會出現各種不可忽視的誤差，所有結果都要進行嚴格的修正后才能得到真正的異常值。

1 磁法勘測的特點

磁法勘探通過對相關實物的觀察，研究，由自然界的種種礦物質或者其他能勘探的對象所造成的磁異常而進行系統化理化的深化的研究。對于普通的的鐵礦勘探中來說具備了有以優點：1）效率較高。鐵礦中的礦石大多數都是有磁性的，這些磁性的存在往往會對及其的運作產生一定干擾，使測量結果跟實際情況存在不小出入存在極大偏差，不過通過這種磁法勘探能有效的甄別出不同地方的的磁性區別，并劃定鐵礦磁性物質的投射區間。所以磁法勘探技術是勘探物探找礦中最為有效的手段；2）實用。因為鐵礦存在地點不同，環境條件惡劣與否、礦物多少沒有人可以預知，在使用其他物探工作鋪設電線、電極等設施時會受到很大的環境條件限制，當無法滿足時就無法進行進一步的勘探工作，相比之下磁法勘探在施工過程中受環境、客觀條件限制較少；3）高效便捷。過去人們進行勘探時需要攜帶的各種工具既繁重精確度又不夠，磁法勘探中便捷的儀器使用和手持衛星定位儀的使用，極大的提高了工作效率。同時可以與計算機連接輸出測量數據，免去了人工操作計算的誤差。⑷經濟。使用磁法勘探的成果進行推斷解釋，即可基本探明鐵礦體的空間賦存狀態，不需要別的更多復雜的測量和計算，更不需要耗費更多的儀器和時間。

在其發展的最初時期，就依照著鐵礦中會存在較強磁性的特點來尋找大型以及中型是磁鐵礦床。其采用的對于磁力進行勘測的設備有機械式磁力儀-磁秤，主要測量原理是等同于一個固定的來對某位設置的地面場強進行檢測；電子磁力儀-磁通門磁力儀，由于其自身具備著許多機械式設備沒有的特點因而備受測量工作者的歡迎，在沒有外加磁場存在的情況下設備中感應的交變磁場在正反兩個半周期內是對稱的若存在一個沿元件軸的外加磁場則元件在一個半周期內比在另一個半周期內將更快地達到飽和狀態因而引起的磁通量不能互相抵消。可以根據這一原理來進行對外加磁場大小的測量，但其主要被應用于地測和航測中。除此之外，質子旋進磁力儀也是逐漸被廣泛應用的一種磁測設備，常被應用于航測以及海測。

2 磁法勘探在鐵礦勘察中的應用

1）在某大型礦區設置八個長期觀測站。并且以1：3000的比例尺進行布網，應用工作區測量，電子追蹤技術通過電腦得到準確的三維立體圖庫。經過檢測共使用了布測線80條。每個要80cm，共用磁法勘探點3000個。使用的儀器是當今最先進的磁力儀器。并最終通過微人機交互反演和磁化三維反演模型兩種方法聯合應用于鐵礦實測數據的解釋獲得了很好的效果；

2）北方某地區有大型鎳礦、中型銅礦，試驗中在該礦山ZK17孔進行了地―井瞬變電磁法的測量。 首先在該孔零方位進行了觀測。結果在井深150m附近發現一個范圍較大、幅值較高的異常，通過計算和分析最終認為該異常是由于ZK17孔井旁厚板狀導體而引起的。 后來經過驗證，找到了近20m厚的硫化物銅鎳礦體；

3）在某磁礦區異常中心地段采用對測線中段作加密點距地磁總強度磁測，并在一個工作日內在不同時間采取同樣時長的數據，在使用ΔT平面等值線圖對數據進行分析并經過反演最終通過本次磁測的后期數據的處理以及采礦前后勘測剖面的對比推斷出磁鐵礦脈向下延伸較大；

4）在某硼礦化磁鐵礦采用GPS坐標定點、使用高精度質子核旋磁力儀進行勘測活動，在測量過程中對日變測量對測值進行修正后進行全面評價和分析得到最終數據結果。然后綜合異常區域剖面圖和等值線平面圖進行分析，并對異常突出的區域進行布鉆孔驗證，通過鉆孔所取巖芯與異常推斷結果進行對比分析，最終結果表示此法在該礦區試用的總體效果很好。

3 結論

綜上來看，如今隨著開采的力度加強，礦產資源日益減少，但對于對礦產日益擴大的資源需求，就要求礦產在開發時的方法需要改進，對資源的合理開發利用越來越重要。磁法勘探作為一種最早使用的物探方法，在地質領域中不斷發展和完善，在礦產勘測方面起著重大作用，隨著儀器的發展解決地質問題的深度和廣度不斷提高。鐵礦資源是我國重要的資源之一，磁法勘測在我國占據重要位置，但其中還存在不足，需要相關科研人員根據我國實際情況和條件，進行更深層次的研究，使磁法勘測技術更為簡便，能更好的為我們服務。

參考文獻

電磁鐵的應用范文第2篇

【關鍵詞】電磁(EMAT)無損探傷；鋼鐵；特點；應用前景

隨著我國工業技術水平的不斷發展，在鋼鐵行業中，對鋼鐵產品質量問題也越加重視。電磁（EMAT）無損探傷技術的推出，成為了鋼鐵行業檢測鋼鐵產品內部質量的重要手段，由于它的檢測速度快，并且精確度很高等優勢，因此成為我國在鋼鐵行業的首選檢測方式。電磁（EMAT）無損探傷技術的成功應用，使它在鋼鐵行業中擁有更好的發展前景。

1.電磁（EMAT）無損探傷

電磁超聲波換能器就是電磁（EMAT）無損探傷，這種技術屬于新的超聲波發射與接收的一種裝置，主要是采用電磁效應進行超聲波的發射與接收。電磁（EMAT）無損探傷通過電磁趨膚層內穩恒磁場中產生的超聲波源在線圈中感應電壓，并接收電壓信號送往信號處理中，經過放大和過濾后送往波形數字化電路，采用計算機測量到達的時間和振幅，然后將鋼板的厚度進行計算，并在一定的時間范圍內進行不間斷的重復掃描顯示。因為電磁（EMAT）無損探傷技術不需要耦合介質或接觸有關的檢測材料，就能夠將超聲波進行發射與接收，所以，它屬于一種非常好的非接觸超聲波發射與接收的系統，但是這種技術必須要擁有可以產生電磁波的材料才能夠被實際應用。

電磁（EMAT）無損探傷根據不同的聲阻抗介質進行脈沖反射，其主要的缺陷主要有白點和氣泡、分層和夾雜，以及內裂和縮松等。當鋼板表面的電磁波遇到傳播缺陷問題時，就會自動形成缺陷反射波，然后由接收裝置接收，并以波形圖的方式在回波器中顯示，根據回波器中的顯示可以判斷出缺陷的不同大小和位置。電磁（EMAT）無損探傷的類型由穩恒磁場的方向和脈沖電流的頻率，以及金屬線圈的形狀來決定。通過不同的磁場與線圈組合的模式，電磁（EMAT）無損探傷所產生的波有兩種：其一，縱波和橫波；其二，表面波和板波。由于以往的壓電超聲波換能器必須利用水等耦合介質無法進行橫波的傳播，因此，只可以利用縱波進行無損探傷檢測，而電磁（EMAT）無損探傷不僅可以采用縱波，還可以采用橫波進行檢測。如下圖所示：

1.電磁鐵；2.電磁場；3.感應電流；4.缺陷；

5.超聲檢測波；6.缺陷反射波；7.洛侖茲力；

8.電磁線圈；9.脈沖發射器；10.脈沖接收器

2.電磁(EMAT)無損探傷的特點

首先，電磁(EMAT)無損探傷能夠在各種溫度環境下工作，并且不需要耦合介質和非接觸的檢測。電磁(EMAT)無損探傷能夠適應鋼板-40℃到650℃的范圍，而以往的無損探傷只能適應0℃到100℃的范圍。由于以往的無損探傷裝置的耦合介質是水，因此，一旦鋼板溫度達到100℃以后，就會在表面上產生氣泡，從而對耦合的效果造成很大的影響。而電磁(EMAT)無損探傷由于探傷裝置的位置非常靈活，并且擁有非接觸性，通過指數就能夠對輻射的溫度進行減弱。以往無損探傷所使用的耦合介質不僅造成了水資源的浪費，還容易在鋼板的表面形成影響外觀的銹蝕等問題。因為電磁(EMAT)無損探傷的工作直接就可以在鋼板表面的趨膚層進行，非接觸就能完成工作，所以不會存在維護問題，也不需要耦合介質。

其次，電磁(EMAT)無損探傷的速度非常快，并且具有很強的抗干擾性，超聲波所傳播的距離很遠。與以往的探傷速度相比，電磁(EMAT)無損探傷的速度要比以往的速度高出1倍之多，達到2m/s。電磁(EMAT)無損探傷可以按照電磁效應確保超聲波的發射與接收，能夠消除鋼表面或噪音等因素帶來的干擾，并均勻的形成電磁超聲波的波場，加快檢測的靈敏度和提高傳播的距離。

最后，電磁(EMAT)無損探傷能夠準確的檢測出缺陷，并且對試件表面沒有任何過高的要求。由于鋼鐵表面上有許多折疊或是重皮等地方不易檢測出缺陷，但是電磁(EMAT)無損探傷就能夠準確的檢測出缺陷。無需對試件表面進行特殊的清理，也能夠通過非接觸試件發射與接收返回的超聲波。

3.電磁(EMAT)無損探傷技術在鋼鐵行業的應用前景

電磁（EMAT）無損探傷在鋼鐵行業中的應用有很多，如測厚，探傷等等，是工業應用中的重要方面。主要是要采用體波和SV波進行超聲波的檢測。在試件中的傳播時延通過檢測超聲波就能夠將試件的厚度檢測出來。以往的測厚會受到耦合介質的影響，但是由于電磁(EMAT)無損探傷是采用的垂直橫波，因此，要比以往的壓電換能器高出很多。電磁（EMAT）無損探傷在測厚方面典型的應用就是無縫鋼管的檢測。在鋼鐵行業中鋼壁厚的均勻程度是評定鋼質量的重要指標，應用電磁超聲技術，可以通過測量鋼管上不同位置的壁厚，得知其均勻程度，從而提供了一種可靠地控制產品質量的檢測手段。

當然，金屬探傷也是無損檢測領域中個一個重要組成部分，通過觀察缺陷的回波和物體底面的回波，電磁超聲技術可以確定物體中缺陷的位置和大小。與傳統的PET探傷技術相比，電磁（EMAT）無損探傷有著許多明顯的優點，例如不需要耦合介質，適用溫度范圍更廣，探傷速度快，抗干擾性強等。

我國最早應用電磁（EMAT）無損探傷是針對金屬探傷的研究。經過大功率脈沖信號的發射，在鋼板中產生Lamb波檢測缺陷。而且該技術的檢測是利用兩個線圈來進行盲目的消除。

工業的快速發展，使市場對鋼鐵行業的需求更加強烈。在鋼鐵行業中，其重要的衡量金屬薄板組織性能的指標值是γ值，是金屬薄板在單向拉伸時，試樣寬度和厚度方向的真應變，也就是板抵抗厚度和破裂的能力。例如：從鋼板不同的方向檢測超聲波的速度，然后通過超聲波的速度計算出彈性模量N，并根據N值和γ值算出γ值。隨著這項研究逐漸成熟，并加快了此技術的發展，使電磁（EMAT）無損探傷更加廣泛的應用在鋼鐵行業中。

總而言之，由于電磁（EMAT）無損探傷在我國的鋼鐵行業無損檢測中得到廣泛的應用。不僅在測量溫度和耦合介質等方面得到了改變，還提高了檢測的精度，對鋼鐵內部的缺陷或是厚度都能夠進行全面的檢測。盡管電磁超聲波技術在檢測方面有很大的進步，但是怎樣將電磁（EMAT）無損探傷更好的利用到鋼鐵行業中，還需更加努力的研究。

【參考文獻】

［1］孫明君．全自動超聲波探傷機在中厚板生產中的應用[A]．2009年全國中厚板生產技術研討會論文集[C]．2009．

［2］于寧;鋼管電磁超聲探傷數據處理技術的研究[D]．沈陽工業大學，2009．

電磁鐵的應用范文第3篇

【關鍵詞】電磁鐵;脈沖性反力;仿真分析;動態特性

Abstract：In this paper，aimed at a pulsed reaction force，three different types electromagnet were dynamically simulated by using Ansoft software，calculated the dynamic characteristics of the electromagnetic attractive force，displacement and speed under the same condition.And to be compared and analyzed to arrive at the most suitable electromagnet with the condition reaction force，so as to achieve efficient and material saving purpose.

Key words：electromagnet;pulsed reaction force;simulation analysis;dynamic characteristics

1.引言

隨著國民經濟的發展，低壓開關電器的用量日益增加，對其性能的要求越來越高。電磁系統作為低壓開關電器的重要組成部分，其特性直接影響電器整體的性能。常見的電磁機構反力是呈階段性遞減的趨勢，反力特性曲線。但有些具有特殊用途設備的開關電磁機構反力是具有脈沖性的，如瞬時脫扣機構和具有起重性質的負載反力特性等[1]，其反力特性為中間行程大，兩邊行程小，曲線如圖1所示。如何設計選擇合理的電磁系統，使其與脈沖性反力合理配合，達到開關的穩定、可靠閉合是目前相關用戶的主要關注和需求點。本文采用U型、E型和螺管式三種不同形狀的電磁鐵分別作為相關開關的電磁系統部分，通過利用工程軟件Ansoft2D對其進行動態仿真分析與對比[2]。最終選出合閘速度快，可靠性高，節省材料的電磁鐵作為相關電器開關的電磁系統部分的元件。

圖1 具有脈沖性的反力特性曲線圖

2.電磁鐵的靜態吸力特性分析

電磁鐵的基本工作原理是根據電磁感應定律，線圈通電后產生磁場，從而在動鐵心和靜鐵心之間產生電磁吸力使動鐵心動作達到控制開關轉換的要求[3-4]。

電磁鐵麥克斯韋吸力公式如下所示：

（1）

式中：F為電磁吸力，為氣隙磁通，為氣隙面積，為氣隙磁場強度，為空氣磁導系數。

由公式（1）可知，電磁吸力的大小與動、靜鐵心的接觸面積有關。所以在相同材料和激勵下，選擇合理的電磁鐵結構就顯得十分重要。

電磁鐵的結構分類較多。本文針對同尺寸的U型、E型和螺管式三種結構電磁鐵作為分析和比較的對象。

通過對行程中各個階段的電磁力計算，可得到如圖2所示的靜態吸力特性曲線圖。

圖2 靜態吸力特性曲線圖

將三種結構的電磁鐵與反力特性相比較可知，雖然兩者在行程中有小于反力的部分，但由于吸力大于反力的行程大，動鐵心可以依靠慣性沖過反力大于吸力的一段行程，并吸合到底，既可以快速閉合電路，又可以減輕機械沖擊。

3.動態特性仿真與對比分析

本文采用Maxwell Ansoft2D電磁場瞬態求解器對其動態特性進行分析[5]，電源部分為220V交流電經過整流、濾波后給電容充電，充電后的電容通過放電為激勵線圈回路提供激勵電流。電磁鐵行程約為12mm，并選取動鐵心吸合位移和吸合速度等動態特性進行對比分析。

圖3 動鐵心位移特性曲線

圖3所示為動鐵心位移特性曲線，從圖中可以看出，U型和E型兩種形狀的電磁鐵的動鐵心在約7.5ms處達到吸合位置，并且E型要比U型略快一些，但效果不明顯。而螺管式電磁鐵的吸合時間約為10ms，相對來說吸合速度要慢很多。

圖4所示為動鐵心的速度特性曲線，從圖中可看出，在達到吸合位置之前U型和E型的瞬時速度相近，且二者遠大于螺管式。E型略大于U型，但效果不明顯。然而，當到達吸合位置的瞬間，E型的速度要遠大于U型，所以相同尺寸和材料下其動鐵心的沖量要遠大于U型，這樣會導致動靜鐵心在吸合時鐵心之間的碰撞增大，縮短電磁系統的機械壽命。

圖4 動鐵心速度特性曲線

4.結論

本文利用Ansoft2D對三種不同形狀的電磁鐵進行有限元仿真分析，得到了各自的電磁吸力特性、位移特性和速度特性。對仿真結果進行分析對比，得出以下結論：（1）所得特性中，U型和E型的電磁鐵均相似，且遠優于螺管式電磁鐵。（2）從電壽命角度看，U型要優于E型。（3）從生產工藝角度看，U型要優于E型。

以上結論為開關電器的研制生產可提供一定的參考價值。

參考文獻

[1]林蘇斌，繆希仁，張麗萍.接觸器機械特性及反力特性測試裝置[J].低壓電器，2004（12）.

[2]趙博.Ansoft12在工程電磁場的應用[M].中國水利水電出版社，2010.

[3]曹云東.電器學原理[M].機械工業出版社，2012.

電磁鐵的應用范文第4篇

【關鍵詞】STC12C5A60S2；電磁鐵；角度傳感器；語音播報

1.系統設計

1.1 總體方案論證

電磁控制運動裝置由單片機控制模塊、角度測量模塊、電磁驅動模塊、顯示模塊、觸摸屏輸入模塊、語音模塊、聲光報警模塊組成。

1.2 各模塊方案選擇

1.2.1 控制器模塊才

考慮使用彩色液晶顯示，存儲數據大，處理數度快等實際情況，選擇STC12C5A60S2單片機。內部自帶高達60K FLASH ROM，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，速度快8-12倍。

1.2.2 電磁鐵驅動模塊

使用L298N芯片驅動電機。L298N芯片可以驅動兩個電磁鐵，并且驅動電流方向可以改變，輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調節輸出電壓；直接用單片機的I/O口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。

1.2.3 顯示模塊

方案一：采用LCD12864屏。128*64點陣，可以顯示數字、中英文字符和圖案，但只能顯示8*6個漢字，且單色，圖案分辨率較低，不能進行觸摸屏輸入。

方案二：采用TFT彩屏是薄膜晶體管型液晶顯示屏，它的每一個象素點都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅動的這樣不僅提高了顯示屏的響應速度，同時可以精確控制顯示色階，所以TFT液晶的色彩更逼真。而且TFT觸摸屏可以進行觸摸屏輸入，以此可以減少按鍵的設計，節約資源，界面清晰。

綜合考慮，選擇了TFT LCD彩屏顯示。

1.2.4 語音提示模塊

為了對實時數據進行語音播報，我們選擇了SYN6288語音合成芯片。這種芯片具有清晰、自然、準確的中文語音合成效果；通過異步串口接收待合成的文本，實現文本到語音的轉換。文本識別智能、語音合成效果和智能識別效果非常優越。還具有體積小、硬件接口簡單、性價比高的優點。內置DC-DC轉換電路，無需外加負。

1.2.5 角度測量模塊

使用三角加速度傳感器MMA8451。MMA8452Q是一款具有14位分辨率的智能低功耗、三軸、電容式微機械加速度傳感器。具有豐富嵌入式功能，可以節省整體功耗，解除主處理器不斷輪詢數據的負擔。該器件可被配置成利用任意組合可配置嵌入式的功能生成慣性喚醒中斷信號，帶有靈活的用戶可編程選項，可以配置多達兩個中斷引腳，在靜止狀態保持低功耗模式。可同時測量角度和加速度。

1.2.6 按鍵輸入模塊

本設計使用TFT彩色觸摸屏做觸屏輸入。TFT彩色觸摸屏可以實現觸摸屏輸入功能，使系統更加智能化，同時減少了電路的設計，進一步減少干擾。觸摸屏已經成為發展的趨勢。

1.2.7 電源模塊

考慮到安全方面需要有保護電路，選擇采用線性電源為本系統提供電源，電磁鐵的額定電壓是12V。

1.2.8 系統模塊的最終方案

（1）控制模塊：采用STC12C5A60S2作為CPU核心控制芯片；

（2）電磁鐵驅動模塊：采用L298N芯片驅動電磁鐵，實現電磁鐵磁場的改變；

（3）顯示模塊：采用TFT LCD彩屏顯示；

（4）語音模塊：采用SYN6288語音芯片進行播報；

（5）角度測量模塊：采用三角加速度傳感器MMA8451；

（6）按鍵輸入模塊：采用TFT觸摸屏同時進行顯示和觸摸屏按鍵輸入。

2.理論分析與計算

2.1 電磁控制運動裝置理論分析與計算

2.1.1 電磁控制裝置支架的制作與分析

我們自己設計并手工制作了一套裝置，采用廢棄木板做整個裝置的底座支架，用來安裝單片機控制系統，語音播報模塊，喇叭、電磁鐵驅動電路、電磁鐵，以及擺桿及擺桿支架。擺桿支架采用軸承做旋轉軸，以此減小轉動的摩擦力，使擺桿更好控制。同時角度傳感器加裝在擺桿軸上，可以更加準確的測量擺桿的偏角。

2.1.2 擺桿擺動角度分析

將三角加速度MMA8451傳感器，放置于擺桿軸上，跟隨擺桿一起擺動，用于測量擺桿的擺動角度。

水平放置時，在測量范圍不超過±60o時，一個雙軸加速度傳感器可以用來測量兩個方向的角度。本系統測量只需要10―45度，所以完全夠用，所以選擇了水平放置三角加速度傳感器。

2.1.3 擺桿擺動周期分析

擺桿周期要求設置為0.5s-2s，步進值為0.5s。單片機通過PWM調制，控制電磁鐵排斥的電流大小，同時采集三角加速度傳感器的角度信號，通過PID調節控制從靜止點開始運動，到第二次經過靜止點的周期為0.5s、1s、1.5s、2s四種，周期可以預置。精度準確。

設置擺桿擺動時的周期，然后電磁鐵給擺桿的磁鐵一定的排斥力，當擺桿穩定時，通過角度傳感器判斷最大擺角時，所用時間，如果所用時間比設置時間長，那就減小排斥力，使速度加快，如果所用時間比設置時間短，那就增大排斥力，使速度減小。以此來實現周期的測量。

2.1.4 電磁鐵驅動模塊分析

電磁鐵額定電壓值為12V，可以采用普通的大功率三極管作為電磁鐵的驅動電路，但是三極管的極性不能改變，只可以給電磁鐵提供一個方向的電流，不滿足電磁鐵磁性必須改變的條件。所以采用了用在電機上面的L298N作為電磁鐵的驅動模塊。

L298N實質就是H橋驅動電路，電路簡單，驅動能力很強，經實驗檢測，可以實現電磁鐵驅動電流方向的改變，同時單片機驅動電流的方向改變也可以改變電磁鐵的吸力和排斥力的大小。

2.1.5 彩色液晶和觸摸屏模塊分析

彩色液晶顯示屏采用TFT，與普通的LCD12864液晶屏相比，不光可以實現彩色顯示功能，同時可以作為觸摸屏輸入使用，減少了按鍵輸入的麻煩。使得此裝置更加智能化，功能更優化。

3.系統電路與程序設計

3.1 硬件電路部分

3.1.1 整個裝置

手工設計并自制電磁控制運動裝置的硬件架構，省卻了出去購買的資本。

3.1.2 單片機最小系統

本設計是以單片機STC12C5A60S2為主控模塊，控制電磁鐵的電流方向和大小，使得擺桿上面的磁鐵在電磁力的作用下左右擺動，同時軟件檢測三角加速度傳感器反饋的角度信號，通過PWM調制實現電磁鐵通過電流的大小，進而改變電磁鐵的吸力和排斥力，從而改變擺桿擺動的幅度和周期。程序采用PID算法，實現閉環控制，實時性非常高。

3.1.3 電磁鐵驅動模塊電路

我們采用L298N芯片對電磁鐵進行驅動，用單片機的P1.0、P1.1口作為控制信號的輸出端，通過輸出脈沖信號控制電磁鐵的電流的方向和大小。

3.1.4 角度傳感器模塊電路

將角度傳感器固定于軸上，使得角度傳感器和擺桿一起擺動，單片機實時采集角度傳感器的信號，以此作為檢測擺桿擺動幅度和周期的標準三角加速度傳感器。

3.1.5 TFT彩色液晶和觸摸屏電路

本設計采用TFT彩色液晶和觸摸屏電路，同時用于顯示和觸摸屏輸入，改善了一般設計中同時使用LCD12864和按鍵作為輸入的浪費資源的狀況。使得系統更加時尚和智能化。

3.2 系統程序設計

根據設計要求，本設計軟件部分實現了以STC12C5A60S2為主控單元，通過PWM輸出脈寬調制信號，控制電磁鐵的電流的大小，同時采集三角加速度傳感器的角度信號，進而控制擺桿的擺動幅度和周期。同時控制電磁鐵驅動電路，實現電磁鐵電流的流向，控制電磁鐵磁力的方向，是吸力還是斥力。單片機程序PID調節，實現了擺桿的幅度和周期的測量。

4.系統測試方案與測試條件

4.1 使用的儀器儀表

量角器、秒表

4.2 系統調試

根據系統設計方案，本系統的調試共分為三大部分：硬件調試，軟件調試和軟硬件聯調。由于在系統設計中采用模塊設計法，所以方便對各電路模塊功能進行逐級測試。

4.3 測試數據

（1）響應時間的數據分析

測試條件是：按下啟動鍵，擺桿從靜止點開始，到擺桿固定擺動穩定四個周期的時間。表4-1所示。

（2）停止時間測試

測試條件：按下停止鍵，擺桿響應停止命令，到完全停止，所用時間。測試結果如表4-2所示。

（3）絕對誤差測試

測試條件：擺桿在設定固定角度30度角時，測試結果如表4-3所示。

（4）周期測試

測試條件：擺桿在設定固定周期1s時，測試結果如表4-4所示。

（5）預置幅值和周期測試

測試條件：通過觸摸屏預置擺桿幅值和周期，測試結果如表4-5所示。

4.4 測試結果與分析

經過對系統的嚴格測試，本系統能夠實現題目所要求的基本功能，達到了設計和制作要求。

參考文獻

電磁鐵的應用范文第5篇

一、讓科學課動起來

這個“動”字，在這里指的是生動。我們所使用的科學教材，是從學生身心發展特點和生活經驗出發，根據有利于學生親歷學習過程；有利于實現多領域學習目標；有利于培養學生情感態度和價值觀的原則，精選科學知識和技能，重視社會普遍關注的顯示內容，以及具有綜合性和關聯性的內容，充分體現了科學來源于生活又應用于生活的思想理念。因此，在小學科學課的教學中，教師要根據教學內容聯系生活實際，創設情境，開展生動的科學課堂，使學生能夠迅速地融入課堂教學中來，從而培養學生學習科學的興趣，激發學生探究科學的欲望。引導學生去探索、去發現，以實現真正意義上的探究性學習。

例如，在教學《地震》一課時，我充分利用多媒體教學的優勢，來創設情境，激發興趣。首先，談話導入：同學們，你們喜歡旅游嗎？喜歡旅游的同學請舉手。哦，有這么多同學呀。老師也很喜歡旅游，2007年我去了美麗的汶川，還拍了好多照片，我們一起來欣賞。（課件展示美麗的汶川圖片）怎么樣？同學們，這里的風景美不美？學生紛紛說出自己的感受，真是美不勝收，宛若人間仙境，這么美的地方我真想再去看一看。于是，2008年我又故地重游，也拍了一些照片（課件展示地震后的汶川圖片），看著這些照片，你們什么心情？（學生又紛紛表達了自己的心情）你們知道為什么變成這樣了呢？根據學生的回答，教師隨機板書：地震。在我們生活的地球上，幾乎每天都在發生大大小小不同程度的地震。地震是目前人類社會無法抗拒的自然災害之一，給人們的生活造成了嚴重的危害。那么，關于“地震”，你想了解哪些知識呢？學生紛紛回答……

前后兩組照片，形成了鮮明的對比，使學生感受到了視覺上的沖擊以及心靈上的震撼，促使學生迫切想要了解關于地震的一些知識，從而達到了激發興趣的目的。

二、讓科學課活起來

這個“活”字，指的就是探究活動。探究既是科學學習的目標，又是科學學習的方式。親身經歷以探究為主的學習活動是學生學習科學的主要途徑。科學課程應向學生提供充分的科學探究機會，使他們在像科學家那樣進行科學探究的過程中，體驗學習科學的樂趣，增長科學探究能力，獲取科學知識，形成尊重事實、善于質疑的科學態度，了解科學發展的歷史。

觀察、實驗是科學教學的主要過程，也是學生科學探究的主要環節。學生通過對材料的擺弄、操作和觀察可以獲得豐富的客觀現象，為進一步探究科學的結論奠定基礎。提出問題是科學認識的第一個環節，只有提出問題，才能形成假設，進而驗證假設得出結論。

例如，教學《電鈴響叮當》一課，在學生研究電磁鐵的磁力這個問題時，我鼓勵學生從不同的角度、不同層面去觀察、思考，去尋找問題的答案，有效地培養了學生的創新精神。首先，我設計了一場比賽：讓學生在制作電磁鐵的基礎上，比一比哪個小組的電磁鐵吸起小鐵釘的個數最多，引導學生發現電磁鐵的磁力大小不同。進而啟發學生提出研究的問題：電磁鐵的磁力大小與哪些因素有關？我鼓勵學生對問題進行猜測：先提示學生從電磁鐵的結構入手，推測電磁鐵的磁力大小與什么有關。多數學生都能想到：電磁鐵的磁力大小與電流的大小和線圈的匝數有關。可能電流越大，磁力越大；也可能電流越大，磁力越小；可能線圈的匝數越多，磁力越大；也可能線圈的匝數越多，磁力越小。然后，我再鼓勵學生從猜想入手設計實驗方案。在設計實驗方案時，要采取對比實驗，并根據實驗方法預測實驗結果。學生自己設計實驗方案，并記錄。然后學生在小組內交流評價各自的實驗方案，并對自己的方案進行修改完善，再根據方案選擇合適的材料和工具進行實驗，驗證自己的猜想是否正確。實驗結束后，組織學生在全班交流各自的方法和結果，使學生體會到成功的快樂，滿足學生心理的需要。在交流的基礎上，師生共同歸納結論：電磁鐵磁力的大小與電流的大小和線圈的匝數有關：電流越大，磁力越大；線圈匝數越多，磁力越大。最后鼓勵學生綜合運用所學知識，設計制作磁力更強的電磁鐵，比一比誰制作的電磁鐵吸起的鐵釘個數最多，并解釋其中的原因。這樣又掀起了學生思維的新浪潮，使他們從多方面提出了自己的想法，并通過實驗來驗證自己的猜想。這個探究過程集動腦、動口、動手于一體，體現了“玩中學”的觀點。

在教學過程中，我充分發揮學生的主體性，把學習的主動權教給學生，讓學生自己去想、自己去做、自己去發現和探索。讓學生在獨立探究的過程中去充分地體驗科學的認識經歷，在體驗中使學生的科學素養得到發展，體現了學生學習的自主性。

三、讓科學課美起來

科學課的課堂教學最直接、使用率最高的就是口頭評價，而這種評價的語言必須是發自內心的、充滿激勵的，能夠使學生感受到教師的支持與贊美。課堂上，教師要充分尊重學生，及時評價學生的意見或研究成果，讓學生始終處于主體地位，鼓勵學生對自己或別人的想法及研究結果進行大膽評價，在評價中深化學生的認識，培養學生的評價能力，為學生創設開放的學習空間和思維空間。只有這樣，才能讓學生在寬松環境中獨立思考，自主探究，大膽想象。教師應用發展的眼光看待每一個學生，關注學生的進步、提高和發展，更多地關注學生在學習過程中表現出的精彩個性與潛能，關注學生解決問題的靈活性與創造性，以及在學習過程中表現出的非凡創造力及優秀的學習品質。