1、 二維磁場圖測量儀 Tow dimensional magnetic field mapping system 專題學生 : 王庭豪 王佳富 蕭淳屹 指導教授 : 鄭振宗 博士 一、摘要 近年來，微小磁場的感測技術有長足的進步，使得高解析度的磁場圖測量在應用有更多的可能性。 而利用二維磁通密度圖推算磁力的分佈，屬於一種非適定的問題，並沒有唯一的解。 必須經由適當的條件限制，才可以求得近似解。 磁場量測係採用 高斯 磁力 計 ，其量測範圍約 300G 至-300G、電壓則為 -3V 至 3V 研究結果發現，影響結果的主要因素 量測物件 至磁 力計之距離、以及磁力計雜訊。 先由高斯計和萬用電表分別
2、量測強磁性材料、未磁化性材料與非磁性材料的磁場強度與磁力分佈圖，將數據轉成 Excel，然後把數值轉成磁力曲面圖，以方便觀察物件上每一點的磁力強弱大小。 本研究結果可應用於任何物件，將所量測的數據與圖形供應給其他與磁力相關的研究發展。 二、 緣由與目的 磁 場是一種 向量場 ，可藉由電流以及 磁偶極 產生，例如 電流 線圈與 磁鐵 。對磁的直接觀察是作用於物體的磁力。所有的物質材料或多或少對磁場有反應，可以與磁場產生斥力，或者是受到磁場的吸引。磁力線的方向可以透過 磁偶極 來表示；磁場中的磁偶極會沿著場線（或力線）平行排列，其中的一個顯著例子就是 磁鐵 周圍的 鐵 屑分佈。與 電場 不同，磁場
3、對一帶電粒子所施的力垂直於磁場本身，也垂直於粒子的速度方向。磁場的 能量密度 與場強度的平方呈比例關係。在 國際單位制 中，磁場強度的單位是 特斯拉 4；因此磁場影像雖可透過各種磁 力 感測器取得，如何經由 儀器與數據轉換取得磁力分佈圖 ，將是 本專題 主要的研究內容。 本研究 之目的，為建立一套自動化的二維磁場圖測量儀，並針對各種量測物件做研究其對磁場反應，當物件經由高斯測量計 感測，其感測到的值轉換成電壓，將輸出電壓以萬用電錶測量，經由電腦 Visual Basic 程式擷取的電壓值依照正負、大小的區別來產生色圖，由顏色辨別物件周圍的磁場強弱，完成微小磁場分佈而深入的探討。 三、實驗架構示
4、意圖 透過電腦 Visual Basic 程式，將輸入的程式來控制電控二維平移台，使平移台做掃描之動作，而掃瞄路徑如圖 1: 圖 1 四、結果與討論 本研究對鐵磁性物質作一個周圍的磁力量測，利用高斯量測 計所讀出來的質轉換成電壓值，再由 Visual Basic 所設計的程式來判別電壓大小而決定顏色深淺與分佈，作一個探討與了解之。 1.磁性材料（磁鐵） 此實驗圖形 2 乃為磁鐵的磁力分佈圖 ，紅色區域的磁力為正，藍色區域為 負，顏色的深淺代表磁力的強弱，因 為磁鐵中心的磁力受到正負極的相互 影響，所以中心磁力極小。 圖 2 圖 3 圖 4 2.雙磁鐵 感應磁場 由圖 5 顏色分佈可知，磁場的磁
5、 力會因附近的磁鐵，會產生磁 與磁之間的變化。 而磁力線會從中心以橢圓的形 狀向外散開，且 A 磁鐵會受 B 磁鐵的影響，讓磁力線產生扭 曲的現象發生。 圖 5 圖 6 圖 7 3.磁場差異 (磁鐵受到迴紋針的影響 ) 當磁鐵的磁力受到迴紋針的影響， 而導致磁力產生分散，所以中心兩 測的顏色沒有之前的那麼深，而磁 力隨著迴紋針擴散出去，讓磁力範 為更大，反 之磁力減弱。如圖 8 圖 9 圖 8 五、結論 圖 10 本專題研發之二維磁場圖測量儀，可應用在測量永久磁鐡及電磁鐵的磁通密度分佈，或被物件的磁化程度，測量結果與探頭至樣品的距離有關。本系統的實際應用，例如：用在喇叭和馬達內部的磁力分佈偵測和，作為協助設計的工具，是未來值得研究的方向。
