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磁悬浮(转载)  

2011-03-09 09:21:15|  分类: 电子世界 |  标签: |举报 |字号 订阅

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基于微分电路的上拉式磁悬浮

这是一个基于微分电路的上拉式磁悬浮。它不使用单片机,仅靠电路实现上拉式磁悬浮的平衡。而且作者把它做成了“便携式”,用一个透明文具盒+电池就装下了。可以随身携带,随时演示,简直就是工科宅男的泡妞利器!

原文的图片链接都已经失效了,还好我这里曾经下载保存过

废话不多说了,以下是原文攻略部分。

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$华丽丽的昏鸽线$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$

未组装阶段的通电悬浮图:

磁悬浮(转载) - 啊呀老林 - 海天科学工作室

再来一张:
磁悬浮(转载) - 啊呀老林 - 海天科学工作室

第三张

磁悬浮(转载) - 啊呀老林 - 海天科学工作室

开始组装

磁悬浮(转载) - 啊呀老林 - 海天科学工作室

它的心脏:比例微分控制电路

磁悬浮(转载) - 啊呀老林 - 海天科学工作室

电路是由如下元件组成,一般家电维修处都能买到,其中运放,我用的是LM324 是因为我手头现有这个,其实用2 运放就行,线圈是自己饶的,漆包线挺贵的。

磁悬浮(转载) - 啊呀老林 - 海天科学工作室

最终组装完成的视频:
http://www.56.com/u45/v_Mjk3NjY0NzQ.html

自制要点:被悬浮的必须是磁力强体积小的磁铁,推荐使用球形钕铁硼磁铁,非球形也行。漆包线很贵,线圈不必绕那么多圈,绕到我这个的一半就可以达到和我这个一样的磁场了,但是绕得越多,越省电. 两个可变电阻的阻值必须调试到合适才能悬浮且稳定. 霍尔元件的位置应该处于线圈中心。

霍尔元件在很多家电上都有用到,去家电维修部买就可以了,可以买3503,也可以买别的型号,但是要注意买输出线形量的,不是开关量的。

那么我就整体原理解释一下,如果你水平高,你可以做一个,如果水平不行,我解释了你起码能知道是怎么回事: 小球在空中受重力,当小球处于某个高度时,电路使重力和磁力平衡;当小球高于这个高度时,电路使线圈磁力小于重力,从而使小球有下落趋势;反之,低于这个高度,电路使线圈磁力增大,小球就有上升趋势.从而小球能在一定的扰动范围内保持平衡。

其实学过控制的人可以看出电路中还有微分控制,就是那个电容.其实这个电路没有微分控制也能工作,小球稳定性会稍差些.如果不懂控制,完全可以按你理解的不加电容来做.另外线圈挡板的铝板也起到类似于微分控制的作用,抑制震荡.

(本段系另一人回复,在帖中23楼,非作者叙述)
我说说我的理解:小球的轻微扰动会导致空间磁场变化,霍尔元件把这个变化感应成线性电位信号反馈。 两个500K 电阻的分压可以让运放输出有一个直流偏压, 防止三极管工作在截至区(调节静态工作点)。 200K 电位器的作用是调节霍尔元件信号的平衡位置, 500K 电位器的作用是调节控制电路的灵敏度(或者是调节前级放大倍数防止后面的放大电路饱和), 两级运放间RC滤波器是滤除纹波
让线圈的磁场更平稳。霍尔元件的反馈信号被两级运放和三极管放大了很多倍, 只要磁场一有扰动,就会驱动线圈电流变化让磁场趋于恒定。

23楼完全正解.
不过电容不是为了滤除波纹,而是微分控制,也就是根据小球的速度来改变线圈电流的大小. 如果不加电容,就只根据小球位置来改变了. 这种球形磁铁可以在淘宝上买到,搜“球形钕铁硼”即可,目前全国只此一家,所以是2元/个的“垄断价格”,不用球形的话,很多城市的卖电机的地方都有卖钕铁硼。

我又在土豆上传了一次视频:
http://www.tudou.com/programs/view/KT7KLCwYl2g/

(86 楼作者的总结)
“磁悬浮”现在已经变成家喻户晓的名词。但现在大家熟悉的磁悬浮都是利用磁场的斥力把铁磁体向上方托起,磁悬浮列车就属于这一种。可是你见过凌空悬着的“磁悬挂”吗?我设计制作了一个不算复杂的电子装置,就能演示这种不寻常的科学现象。

材 料
R1——R6均为1/4W碳膜电阻,R7、R8为1/4W微调电位器。
C1:1uF无极性电解电容。
IC1:四运算放大器集成块LM324。
VT1:9013。
霍尔元件:3503。霍尔元件被广泛用在家电上,电子市场或家电维修部都能买到,可以买3503,也可以用别的型号,但购买时须说明是线性输出的,错买了开关型的不能用。在电路图中没画出霍尔元件的接法,应该把有字的一端朝向自己,三个管脚从左到右依次接电源正极、接地、 接电路中的信号输入端。
悬浮小磁球为高强磁性的钕铁硼磁钢小球,普通磁铁的磁性不够,不能用。钕铁硼磁钢小球可以在淘宝网上购买(搜索“球形钕铁硼”),非球形的钕铁硼小磁钢也能用,就是演示的视觉效果差点。

制 作
1. 电路部分的元件不多,我自制时采取“空间连接”,各接点用电烙铁焊牢。如果不习惯,则把元器件焊在附上的印刷电路板上。
2. 制作电磁线圈。找一根内径8 毫米的塑料圆珠笔管,切割1.5 厘米长一段做为线圈芯管,用薄铝片(绝对不能用铁片)剪两块外径2 厘米的挡板,分别在中心部位钻一个与笔管内径一样大的孔,用AB 胶把两个档板粘牢在芯管两端。把长度为15 — 20 米、线径为0.2 毫米的漆包线密绕在这个骨架上。圈数绕得更多些就更省电,但是电磁力不会明显提高。
线圈做好后试验一下:接上大约5 伏直流电,在小磁球上方1 厘米之外应该能把它吸上来。最后在线圈芯管中心处插入一个霍尔元件,使霍尔元件上的平面与线圈挡板平行。在线圈端面前加一块铝片,铝片内形成的涡流能够使小磁球悬浮更加平稳,其作用类似于电容的微分控制。
3. 将包括5号电池夹(4节)和开关在内的各部分组装在一个长条形的半敞开盒子里,今后调节电位器就比较方便。

调试和演示
把磁钢小球放在线圈下5 毫米处。先把R8 调到最大,从正到负调节R7,直至小磁球离地为止。如果它一直不能离地,则应把线圈反接。
调小R8,使磁钢小球稳定;然后边观察边微调R7、R8,最终使小球能稳定悬空漂浮在线圈下1 厘米处。
在演示时,可以轻轻晃动装置,用纸、塑料瓶等从小球与线圈之间穿过,甚至用手指轻轻触碰小球,它都能保持悬浮状态。

磁悬浮(转载) - 啊呀老林 - 海天科学工作室

(82 楼问) 不知道用这个线圈行不行.700 欧左右
作者:82 楼那位loonglog ,你的线圈太细了,圈数太多了。

(83 楼问) 晕.我的做好了就是在电磁铁下面乱跳.磁铁必须是球形的吗?
作者:83 楼的,不必,近似即可,例如圆柱也可。

? 对 “基于微分电路的上拉式磁悬浮” 的 1 条 评论

哈哈, 对! 就应该是这样的风格,才对咱的口味!
如嫌不足,也是可以优化的. 但基调己是简洁了.

你看看咱今天22点13分的帖子,只打算用2只集成霍尔去搞定2路输出.
希望还是很大的,灵敏度如果不够,可以磁路导向适当增强.



引文来源  基于微分电路的上拉式磁悬浮 at 做做AI,造造人 - 动力老男孩的博客
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