磁疗贴磁感应强度的测量方法探讨

邓振进

湖南省医疗器械与药用包装材料（容器）检测所，湖南 长沙 410001

磁疗贴磁感应强度的测量方法探讨

邓振进

湖南省医疗器械与药用包装材料（容器）检测所，湖南 长沙 410001

本文介绍了采用特斯拉计测量磁疗贴表面磁感应强度的原理，详细论述了测量磁疗贴磁感应强度时选择特斯拉计及其探头应考虑的几个重点，并分析了测量结果产生误差的原因，还针对误差原因提出了减少误差的方法，供相关人员参考。

霍尔效应；磁感应强度；气隙磁场；电磁辐射

0 前言

随着医疗器械行业的发展，利用磁场的物理性能治疗人体疾病的磁疗贴的种类也越来越多。磁场是一种看不见、摸不着的特殊物质，若磁疗贴的磁感应强度值过高，就会产生过多的磁场作用，使人体接受不必要的磁场辐射，进而对人体产生危害；若磁感应强度值太低，就会达不到治疗效果或导致无效治疗进而延误患者病情。因此，探讨磁疗贴磁感应强度的测量方法在临床上具有重要的意义[1]。

1 测量原理

磁疗贴主要由永磁片、透气胶布、医用胶、防粘纸及背衬层组合而成，主要通过永磁片产生磁场，通过磁场调节体内生物磁场，产生感应微电流，改变细胞膜通透性和某些酶的活性，扩张血管、加速血流，从而起到止痛、消肿等辅助治疗的作用[2]。

根据霍尔效应原理制成的特斯拉计在磁场测量中广泛应用。特斯拉计主要由作为传感器的霍尔探头和仪表两部分组成，其工作原理是磁体的磁力线穿过霍尔传感器后产生电压，霍尔电压随磁感应强度的变化而变化，对电压进行放大与信号处理后可将其显示出来。特斯拉计电路原理图，见图1。通用霍尔传感器的结构框图，见图2[3]。

图2 霍尔传感器结构框图

2 特斯拉计和探头选择

当霍耳传感器的有效面积、性能与封装结构不同时，测量非均匀磁场的结果会有很大差别。实际工作中可根据不同的需要，正确地选择特斯拉计和相应的探头，主要可从以下几个方面考虑。

（1）磁场类型：被测磁场分为直流磁场和交流磁场两种，磁疗贴表面是永磁材料，应选用直流特斯拉计测量[4]。

（2）仪器量程：要明确被测对象的大概磁感应强度范围，选择仪器的量程范围应大于被测量磁场或自动挡测量。

（3）测量精确度：指仪器的最小分辨能力，即分辨率，如0.1 mT或者0.01 mT，要根据产品注册标准或产品技术要求规定的分辨率来选择测量设备。

（4）探头选择：通常需要考虑探头形式，探头形式分单通道（横向、轴向）和三通道（图3），应根据被测对象选择合适的探头。磁疗贴的磁场是发散的非均匀磁场，建议使用超薄的单通道探头测量[5]。

图3 探头形式

（5）功能选择：磁疗贴表面的磁场是不均匀且发散的，当用霍尔传感器测量磁疗贴的磁场时，探头应紧贴在磁疗贴的表面，反复缓慢移动并上、下、左、右轻微地改变霍尔元件的方向，使磁力线的方向中心位置垂直重合于霍尔元件的中心位置方向（图4），此时霍尔电压最大，因此磁感应强度值最大[6]。需要指出的是，如果磁场较弱，还需要考虑地磁场的影响。

图4 非均匀磁场表面磁感应强度原理图

3 实际测量

采用两种型号的特斯拉计对五种磁场进行的测量结果，见表1。在相同的工作条件下，不同的特斯拉计的测量数据不同；同一台特斯拉计采用不同探头的测量数据也不同；同一台特斯拉计采用相同的探头，对不同的侧面（正反面）测量的数据也不同。

4 数据分析

造成上述差异的原因主要有三方面。

（1）测量位置不同。磁疗贴表面的磁场是不均匀且发散的，被测磁体尺寸越小，磁体表面曲率越大，表面磁场分布越不均匀，测量数据差别越大。一般情况下，磁疗贴圆心处磁感应强度最低，边缘最高，圆心部位的表面磁感应强度只有边缘的60％左右[7]。因此，测量同一磁体、同一位置（应该说看上去是同一位置）的磁场时，显示的结果大不一样。

（2）霍尔探头的封装有一定的差异，不同探头内霍尔元件封装的位置不同（图2）。霍尔探头的定标是在均匀场中进行的，因此当这些探头在测量均匀磁场时，不会因为位置上的改变而感受到磁场的改变，测量数据也不会因位置的不同而带来误差；而当测量磁疗贴表面发散的、不均匀的磁场时，表面看上去是放到了同一位置，但磁力线穿过霍尔元件的数量以及角度不同，感受的场值不同，势必造成测量结果的差异。霍尔元件一般都用铝、铜或塑料的薄片做成保护套，保护套的厚度越小，内部霍尔元件离表面越近，测量表面磁场的显示读数越大，但是无论多薄的探头，其内部对磁场敏感的部分与磁体表面总有个间距，不可能为零距离，所以说不可能测到磁疗贴真正的表面磁场，只能说使用的探头越薄，其读数越能反映出磁体表面磁场的真实大小[8]。另外，由于霍尔元件的安装也不对称，元件不在探头两侧的中部，因此霍尔元件两面保护套的厚度也不相同，从而造成正反向的测量误差。

（3）霍尔元件的有效面积不同。霍尔元件的有效面积并不影响均匀磁场的测量，但对于非均匀磁场，若霍尔元件敏感区的有效面积远远小于体形元件的面积，如砷化镓霍尔元件，那么这种元件就更能反映出表面磁场的场分布，所测得的最大值也更接近该区域的最大磁感应强度的真实值。

5 结语

综上所述，由于磁疗贴表面磁感应强度是不均匀且发散的，其实际值用霍尔效应法不可能测到。目前，对于非均匀磁场的磁感应强度的测量还没有建立一个统一的、共同的量值标准，因此只能探讨能够测出更加接近其实际值的方法。在需要进行仲裁检验时，建议使用超薄探头进行

表1 两种型号的特斯拉计的测量结果（单位：mT）

测量，因为其测量值更接近于真实值。

[1]王旭飞,王晓文,赵凌云,等．磁感应治疗研究和临床试验[J]．科技导报,2010,28（16）：97-105．

[2]乔志恒,范维铭．物理治疗学全书[M]．北京：北京科学技术文献出版社,2001．

[3]苌红卫,李树波,魏新．如何准确测量磁钢表面磁感应强度[J]．计量技术,2004,（1）：28-29．

[4]高佳．浅谈磁感应强度和磁场强度[J]．计量与测试技术,2009,（8）：15．

[5]周洪驰．磁感应强度测量方法探讨[J]．物理通报,2007（8）：61-63．

[6]江玉柱,井赛．几种磁场方式电阻抗成像技术的新进展[J]．中国医疗设备,2015,30（3）：63-66．

[7]杨伟鸿．永磁体表面场测量误差的原因分析[J]．磁性材料及器件, 1991,（2）：56-58．

[8]叶妙元,李兵．量子霍尔电阻的精密测量[J]．华中理工大学学报, 1991,（2）：133-136．

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：邓振进，高级工程师。

作者邮箱：1553095756@qq．com