磁療貼磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量方法探討

鄧振進(jìn)

湖南省醫(yī)療器械與藥用包裝材料（容器）檢測(cè)所，湖南 長沙 410001

磁療貼磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量方法探討

鄧振進(jìn)

湖南省醫(yī)療器械與藥用包裝材料（容器）檢測(cè)所，湖南 長沙 410001

本文介紹了采用特斯拉計(jì)測(cè)量磁療貼表面磁感應(yīng)強(qiáng)度的原理，詳細(xì)論述了測(cè)量磁療貼磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)選擇特斯拉計(jì)及其探頭應(yīng)考慮的幾個(gè)重點(diǎn)，并分析了測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差的原因，還針對(duì)誤差原因提出了減少誤差的方法，供相關(guān)人員參考。

霍爾效應(yīng)；磁感應(yīng)強(qiáng)度；氣隙磁場(chǎng)；電磁輻射

0 前言

隨著醫(yī)療器械行業(yè)的發(fā)展，利用磁場(chǎng)的物理性能治療人體疾病的磁療貼的種類也越來越多。磁場(chǎng)是一種看不見、摸不著的特殊物質(zhì)，若磁療貼的磁感應(yīng)強(qiáng)度值過高，就會(huì)產(chǎn)生過多的磁場(chǎng)作用，使人體接受不必要的磁場(chǎng)輻射，進(jìn)而對(duì)人體產(chǎn)生危害；若磁感應(yīng)強(qiáng)度值太低，就會(huì)達(dá)不到治療效果或?qū)е聼o效治療進(jìn)而延誤患者病情。因此，探討磁療貼磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量方法在臨床上具有重要的意義[1]。

1 測(cè)量原理

磁療貼主要由永磁片、透氣膠布、醫(yī)用膠、防粘紙及背襯層組合而成，主要通過永磁片產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過磁場(chǎng)調(diào)節(jié)體內(nèi)生物磁場(chǎng)，產(chǎn)生感應(yīng)微電流，改變細(xì)胞膜通透性和某些酶的活性，擴(kuò)張血管、加速血流，從而起到止痛、消腫等輔助治療的作用[2]。

根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的特斯拉計(jì)在磁場(chǎng)測(cè)量中廣泛應(yīng)用。特斯拉計(jì)主要由作為傳感器的霍爾探頭和儀表兩部分組成，其工作原理是磁體的磁力線穿過霍爾傳感器后產(chǎn)生電壓，霍爾電壓隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化而變化，對(duì)電壓進(jìn)行放大與信號(hào)處理后可將其顯示出來。特斯拉計(jì)電路原理圖，見圖1。通用霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)框圖，見圖2[3]。

圖2 霍爾傳感器結(jié)構(gòu)框圖

2 特斯拉計(jì)和探頭選擇

當(dāng)霍耳傳感器的有效面積、性能與封裝結(jié)構(gòu)不同時(shí)，測(cè)量非均勻磁場(chǎng)的結(jié)果會(huì)有很大差別。實(shí)際工作中可根據(jù)不同的需要，正確地選擇特斯拉計(jì)和相應(yīng)的探頭，主要可從以下幾個(gè)方面考慮。

（1）磁場(chǎng)類型：被測(cè)磁場(chǎng)分為直流磁場(chǎng)和交流磁場(chǎng)兩種，磁療貼表面是永磁材料，應(yīng)選用直流特斯拉計(jì)測(cè)量[4]。

（2）儀器量程：要明確被測(cè)對(duì)象的大概磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍，選擇儀器的量程范圍應(yīng)大于被測(cè)量磁場(chǎng)或自動(dòng)擋測(cè)量。

（3）測(cè)量精確度：指儀器的最小分辨能力，即分辨率，如0.1 mT或者0.01 mT，要根據(jù)產(chǎn)品注冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品技術(shù)要求規(guī)定的分辨率來選擇測(cè)量設(shè)備。

（4）探頭選擇：通常需要考慮探頭形式，探頭形式分單通道（橫向、軸向）和三通道（圖3），應(yīng)根據(jù)被測(cè)對(duì)象選擇合適的探頭。磁療貼的磁場(chǎng)是發(fā)散的非均勻磁場(chǎng)，建議使用超薄的單通道探頭測(cè)量[5]。

圖3 探頭形式

（5）功能選擇：磁療貼表面的磁場(chǎng)是不均勻且發(fā)散的，當(dāng)用霍爾傳感器測(cè)量磁療貼的磁場(chǎng)時(shí)，探頭應(yīng)緊貼在磁療貼的表面，反復(fù)緩慢移動(dòng)并上、下、左、右輕微地改變霍爾元件的方向，使磁力線的方向中心位置垂直重合于霍爾元件的中心位置方向（圖4），此時(shí)霍爾電壓最大，因此磁感應(yīng)強(qiáng)度值最大[6]。需要指出的是，如果磁場(chǎng)較弱，還需要考慮地磁場(chǎng)的影響。

圖4 非均勻磁場(chǎng)表面磁感應(yīng)強(qiáng)度原理圖

3 實(shí)際測(cè)量

采用兩種型號(hào)的特斯拉計(jì)對(duì)五種磁場(chǎng)進(jìn)行的測(cè)量結(jié)果，見表1。在相同的工作條件下，不同的特斯拉計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)不同；同一臺(tái)特斯拉計(jì)采用不同探頭的測(cè)量數(shù)據(jù)也不同；同一臺(tái)特斯拉計(jì)采用相同的探頭，對(duì)不同的側(cè)面（正反面）測(cè)量的數(shù)據(jù)也不同。

4 數(shù)據(jù)分析

造成上述差異的原因主要有三方面。

（1）測(cè)量位置不同。磁療貼表面的磁場(chǎng)是不均勻且發(fā)散的，被測(cè)磁體尺寸越小，磁體表面曲率越大，表面磁場(chǎng)分布越不均勻，測(cè)量數(shù)據(jù)差別越大。一般情況下，磁療貼圓心處磁感應(yīng)強(qiáng)度最低，邊緣最高，圓心部位的表面磁感應(yīng)強(qiáng)度只有邊緣的60％左右[7]。因此，測(cè)量同一磁體、同一位置（應(yīng)該說看上去是同一位置）的磁場(chǎng)時(shí)，顯示的結(jié)果大不一樣。

（2）霍爾探頭的封裝有一定的差異，不同探頭內(nèi)霍爾元件封裝的位置不同（圖2）?；魻柼筋^的定標(biāo)是在均勻場(chǎng)中進(jìn)行的，因此當(dāng)這些探頭在測(cè)量均勻磁場(chǎng)時(shí)，不會(huì)因?yàn)槲恢蒙系母淖兌惺艿酱艌?chǎng)的改變，測(cè)量數(shù)據(jù)也不會(huì)因位置的不同而帶來誤差；而當(dāng)測(cè)量磁療貼表面發(fā)散的、不均勻的磁場(chǎng)時(shí)，表面看上去是放到了同一位置，但磁力線穿過霍爾元件的數(shù)量以及角度不同，感受的場(chǎng)值不同，勢(shì)必造成測(cè)量結(jié)果的差異?；魻栐话愣加娩X、銅或塑料的薄片做成保護(hù)套，保護(hù)套的厚度越小，內(nèi)部霍爾元件離表面越近，測(cè)量表面磁場(chǎng)的顯示讀數(shù)越大，但是無論多薄的探頭，其內(nèi)部對(duì)磁場(chǎng)敏感的部分與磁體表面總有個(gè)間距，不可能為零距離，所以說不可能測(cè)到磁療貼真正的表面磁場(chǎng)，只能說使用的探頭越薄，其讀數(shù)越能反映出磁體表面磁場(chǎng)的真實(shí)大小[8]。另外，由于霍爾元件的安裝也不對(duì)稱，元件不在探頭兩側(cè)的中部，因此霍爾元件兩面保護(hù)套的厚度也不相同，從而造成正反向的測(cè)量誤差。

（3）霍爾元件的有效面積不同。霍爾元件的有效面積并不影響均勻磁場(chǎng)的測(cè)量，但對(duì)于非均勻磁場(chǎng)，若霍爾元件敏感區(qū)的有效面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于體形元件的面積，如砷化鎵霍爾元件，那么這種元件就更能反映出表面磁場(chǎng)的場(chǎng)分布，所測(cè)得的最大值也更接近該區(qū)域的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度的真實(shí)值。

5 結(jié)語

綜上所述，由于磁療貼表面磁感應(yīng)強(qiáng)度是不均勻且發(fā)散的，其實(shí)際值用霍爾效應(yīng)法不可能測(cè)到。目前，對(duì)于非均勻磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量還沒有建立一個(gè)統(tǒng)一的、共同的量值標(biāo)準(zhǔn)，因此只能探討能夠測(cè)出更加接近其實(shí)際值的方法。在需要進(jìn)行仲裁檢驗(yàn)時(shí)，建議使用超薄探頭進(jìn)行

表1 兩種型號(hào)的特斯拉計(jì)的測(cè)量結(jié)果（單位：mT）

測(cè)量，因?yàn)槠錅y(cè)量值更接近于真實(shí)值。

[1]王旭飛,王曉文,趙凌云,等．磁感應(yīng)治療研究和臨床試驗(yàn)[J]．科技導(dǎo)報(bào),2010,28（16）：97-105．

[2]喬志恒,范維銘．物理治療學(xué)全書[M]．北京：北京科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2001．

[3]萇紅衛(wèi),李樹波,魏新．如何準(zhǔn)確測(cè)量磁鋼表面磁感應(yīng)強(qiáng)度[J]．計(jì)量技術(shù),2004,（1）：28-29．

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Discussion on the M easurement M ethod of M agnetic Stickers M agnetic Flux Density

DENG Zhen-jin
M edical Instrument and Packaging Materials（Containers）Testing Institute of Hunan Province, Changsha Hunan 410001, China

This paper introduced the principle of Tesla meter to measure surface magnetic induction intensity for the magnetic therapy plaster, and discussed the key points in selecting Tesla and probes. It also analyzed the reasons of measurement error, and proposed related solutions to reduce the measurement error and provide useful references for relevant staff.

hall effect；magnetic flux density；air-gap magnetic field；electromagnetic radiation

R197.39；TN622

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.10.034

1674-1633（2015）10-0112-02

2015-03-01

2015-03-21

本文作者：鄧振進(jìn)，高級(jí)工程師。

作者郵箱：1553095756@qq．com