CN104237642B - 一种霍尔电阻率自动测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种霍尔电阻率自动测试方法，以计算机为测试平台，测试硬件主要包括：计算机、数字电流表、数字电压表、开关转换器，以计算机为测试平台，在计算机的总线扩展槽中安装GPIB接口卡，通过GPIB接口与数字电流表、数字电压表及开关控制器通讯，包括如下测试流程：由测量模块发送命令来实现样品四个测试电极之间电极切换、电流方向切换，然后重新再接另一对电极，测另一对电压，共8组16个测试数据，通过测量模块来实现不同电极，不同电流测试反向的转换；利用GPIB接口卡与数字电流表、数字电压表及开关控制器通讯，实现霍尔电阻率的自动化测量，数据准确可靠，效率高，提高经济效益和降低成本，克服现有技术上存在的不足，并在测试结果上达到要求。
Description
技术领域
本发明涉及电子材料测试领域，特别涉及一种霍尔电阻率自动测试方法。
背景技术
霍尔电阻率测试需要电流源电压表来进行测试，通过范德堡四电极法一对电极施加测试电流，另一对电极测试电压，循环测试样品获得8组16个组测试数据来计算出霍尔电阻率。
由于获得循环测试样品的测试数据必须经过循环采集被测电阻的阻值、对每一次采集被测电阻的阻值带入公式计算和采用手动测量时获得结果的繁复过程，且容易引起人为误差，所以必须由测试设备完成；
现有测试方式存在的问题包括：
1、一般设备生产厂家只提供测试仪表，而不提供软件测试模块。
2、有的设备生产厂家或者提供的测试模块，但是价格昂贵，增加了检测成本；而一般测试模块只可以连接特有（配套的）的测试仪表，不具备通用性，给维修及测试范围升级带来不便。
3、另外，虽然可以通过手动的方法获得测试结果，但测试耗时耗力，同时人为测试误差较大。
综上所述，前两种方法即中：采用设备生产厂家只提供测试仪表，或价格昂贵的测试模块必然增加成本，而底三种方法即通过手动的方法测试结果的人为测试误差较大，因此或在成本、经济效益上存在不足，或在测试结果上达不到要求。如何解决这个问题就成为了本技术领域的技术人员所要研究和解决的课题。
发明内容
本发明的目的就是为克服现有技术的不足，针对霍尔电阻率自动测试难题，提供一种霍尔电阻率自动测试方法，通过利用在计算机中安装ISA GPIB接口卡GPIB接口与数字电流表、数字电压表及开关控制器通讯，实现霍尔电阻率的自动化测量，数据准确可靠、效率高、具备通用性，提高经济效益和降低成本，克服现有技术上存在的不足，并在测试结果上达到要求。
本发明是通过这样的技术方案实现的：一种霍尔电阻率自动测试方法，其特征在于，以计算机为测试平台，测试硬件主要包括：计算机、数字电流表、数字电压表、开关转换器，以计算机为测试平台，在计算机的总线扩展槽中安装GPIB接口卡，通过GPIB接口与数字电流表、数字电压表及开关控制器通讯，
所述数字电流表采用美国吉时利仪器公司生产的6220测试电流表；
所述数字电压表采用美国吉时利仪器公司生产的6517测试电压表；（附带热电偶测试温度）；
所述开关控制器采用美国吉时利仪器公司生产的7001开关转换器（附带2块7055转换器）；
在计算机的硬盘中安装测试模块；所述测试模块包括命令发送模块，数据采集模块，数据处理模块，数据存储模块，数据输出模块；
通过命令发送模块实现对仪表的硬件通讯、设置功能；
通过数据采集模块控制仪表实现电流、电压和温度数据采集功能 ；
通过数据处理模块，实现对采集的数据计算处理功能；
通过数据存储模块实现对数据计算存储功能 ；
通过数据输出模块实现显示和打印输出功能 ；
所述霍尔电阻率自动测试方法，包括如下测试流程：
步骤1、利用命令发送模块执行命令，使吉时利6220测试电流表输出测试电流，使6517电压表进入测试电压模式；
步骤2、把制作好四个测试电极的测试样品接入吉时利7001开关转换器中7055转换卡引出的四个测试端；
步骤3、利用命令发送模块执行命令，使吉时利7001开关转换器进入的第一组数据测量模式，这里吉时利7001开关转换器由两个7055卡组成一个开关矩阵；
步骤4、由测量模块发送命令来实现样品四个测试电极之间电极切换、电流方向切换，然后重新再接另一对电极，测另一对电压，共8组16个测试数据，即可通过测量模块来实现不同电极，不同电流测试反向的转换；
步骤5、第一组数据测量模式测试电流方向为由样品的电极1端流向电极4端方向，记做I14，同时测试样品的电极2端和电极3端间的电压，而该电压由电极2端和电极3端分别与公共地之间的压差获得，即（V2G-V3G），电极2端和电极3端间的电压采用记做V23；
步骤6、由数据采集模块获得测试电压V2G，由数据处理模块对获得的数据进行稳定计算，因为在测试过程中V2G是一个并不稳定的数，通过数据处理，使V2G在有效数字达到精度设置的要求时再采集数据；
数据采集模块采用的计算方法如下：
a）将采集到的第1个V2G数据与第2个V2G数据的绝对值差值结果与第2个V2G数据与第3个V2G数据的绝对值差值结果进行比较，看是否满足测试精度要求；
b）比较结果小于0.01为测试精度要求；(一般0.01满足实验要求，也可以设为0.001或者更小，来获得更精确的数据)；
c）如果条件不满足，将采集的第2个V2G数据与第3个V2G数据的绝对值差值结果与第3个V2G数据与第4个V2G数据的绝对值差值结果进行比较，依次类推，直到满足测试精度，将进行比较时使用的最后一个采集数据作为稳定数据V2G；
步骤7、当V2G，获得稳定的数据后，连同测试电流I14由数据存储模块存入存储器，然后由由命令发送模块发送命令至7001切换V3G 测量端，用与步骤6同样的方法获得V3G，并由数据存储模块存入存储器，结束第一组数据的测试，获得第一组数据的同时，用命令发送模块对6517测试电压表发送温度测试命令，获得测试温度，存入存储模块；
步骤8、通过命令控制模块控制7001，控制开关矩阵，将测试电流更改为I14，按照第一组电压测试相同步骤，进行第二组电压测试，获得测试电压V3G，V2G，以获得V32，结束第二组数据测试，将数据存入数据存储模块；
步骤9、而后，发送命令至7001切换至不同的测量端重复步骤5至步骤8，采集获得I32，V41（V4G- V1G）；I23，V14（V1G- V4G）：I34，V21（V2G- V1G）；I43，V12（V1G- V2G）：I21，V34（V3G- V4G）；I12，V43（V4G- V3G）：
步骤10、在获得完整的8组16个数据以后，由数据处理模块依据以下公式进行数据处理：
V23=V2G-V3G （式1）
V32=V3G-V2G （式2）
V14=V1G-V4G （式3）
V41=V4G-V1G （式4）
V12=V1G-V2G （式5）
V21=V2G-V1G （式6）
V43=V4G-V3G （式7）
V34=V3G-V4G （式8）
R14,23=V23/I14 （式9）
R41,32=V32/I41 （式10）
R23,14=V14/I23 （式11）
R32,41=V41/I32 （式12）
R43,12=V12/I43 （式13）
R34,21=V21/I34 （式14）
R12,43=V43/I12 （式15）
R21,34=V34/I21 （式16）
RA=（R21,34 +R12,43 +R43,12 +R34,21）/4 （式17）
RB=（R32,41 + R23,14+ R14,23+ R41,32）/4 （式18）
（式19）
（式20）
在式1至式18中：
I，代表施加的测试电流，为方便计算，使用足标来表示哪两个电极，如I14，中足标代表1号电极与4号电极间的施加测试电流。
V，代表测试电压，为方便计算，使用足标来表示哪两个电极，如如V23：代表2号电极与3号电极间的测试电压。
R：由欧姆定律获得，为方便计算，使用足标表示由哪两组电压和哪两组电流来获得，如R14,23表示在第1和第4两个电极间施加测试电流，测试第2和第3两个电极间的电压。
RA 、RB代表两个测试方向电阻的平均值。
的含义为范德堡公式；
在式20中，t为样品厚度，在数据处理时输入数据处理模块，ρ为需要测试的霍尔电阻率；
步骤10、在获得测试结果以后，将完整的原始数据包括测试温度，测试中间量，样品厚度，测试日期时间等由数据存储模块存储，由数据输出模块输出至打印机打印。
本发明有益效果是：利用在计算机中安装ISA GPIB接口卡与数字电流表、数字电压表及开关控制器通讯，实现霍尔电阻率的自动化测量，数据准确可靠，效率高。提高经济效益和降低成本，克服现有技术上存在的不足，并在测试结果上达到要求。
附图说明
图1、为硬件结构框图；
图2、为测试模块结构框图；
图3、为第一、二组数据测试方式示意图；
图4、为第三、四组数据测试方式示意图；
图5、为第五、六组数据测试方式示意图；
图6、第七、八组数据测试方式示意图。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：
如图1至图2所示，一种霍尔电阻率自动测试方法，其特征在于，以计算机为测试平台，测试硬件主要包括：计算机、数字电流表、数字电压表、开关转换器，以计算机为测试平台，在计算机的总线扩展槽中安装ISA GPIB接口卡，通过GPIB接口与数字电流表、数字电压表及开关控制器通讯；
所述数字电流表采用美国吉时利仪器公司生产的吉时利6220测试电流表；
所述数字电压表采用美国吉时利仪器公司生产的6517A测试电压表，（附带热电偶测试温度）；
所述开关控制器采用吉时利7001开关转换器（附带2块7055转换器），
在计算机的硬盘中安装测试模块；
所述测试模块包括命令发送模块，数据采集模块，数据处理模块，数据存储模块，数据输出模块；
测试流程如下：
利用命令发送模块，使6220测试电流表输出测试电流，使6517电压表进入测试电压模式。
把制作好四个测试电极的测试样品接入7001开关转换器中7055转换卡引出的四个测试端，利用命令发送模块，使7001开关转换器进入的第一组数据测量模式这里7001开关转换器由两个7055卡组成一个开关矩阵，由测量模块发送命令来实现样品四个测试电极之间电极切换、电流方向切换，其实就是替代人工手动模式里接一对电极，测另一对电压，然后重新再接另一对电极，测另一对电压，共8组16个测试数据，而采用开关矩阵以后只需要接一次，即可通过测量模块来实现不同电极，不同电流测试反向的转换。
第一组数据测量模式测试电流方向为样品1-4方向，记做I14,，同时测试2-3两个电极间的电压，而该电压由电极3,4与公共地之间的压差获得，即（V2G-V3G）该电压采用记做V23，如图3所示；
然后，由数据采集模块获得测试电压V2G，由数据处理模块对获得的数据进行稳定计算，因为在测试过程中V2G是一个并不稳定的数，通过数据处理，使V2G的误差达到测试需要的精度，不同的测试精度可以设定，该计算模块原理如下：
将采集的第1个V2G数据与第2个V2G数据的绝对值差值结果与第2个V2G数据与第3个V2G数据的绝对值差值结果进行比较，看是否满足测试精度要求，一般测试精度要求比较结果小于0.01，如果条件不满足，将采集的第2个V2G数据与第3个V2G数据的绝对值差值结果与第3个V2G数据与第4个V2G数据的绝对值差值结果进行比较，依次类推，知道满足测试精度，将最后依次获得的数据作为稳定数据。
当V2G，获得稳定的数据后，获得连同测试电流I14由数据存储模块存入存储模块，然后发送命令至7001切换时V3G 测量端，同样的方法获得V3G，并由数据存储模块存入存储器，结束第一组数据的测试，获得第一组数据的同时，用命令发送模块对6517测试电压表发送温度测试命令，获得测试温度，存入存储模块。
再通过命令控制模块控制7001，控制开关矩阵，将图1中测试电流更改为I14，进行如第一组电压获得过程获得测试电压V3G，V2G，以获得V32，结束第二组数据测试，将数据存入数据存储模块。
以后，依据图4的测试方式，采集获得I32，V41（V4G- V1G）；I23，V14（V1G- V4G）：
依据图5的测试方式，采集获得I34，V21（V2G- V1G）；I43，V12（V1G- V2G）：
依据图6的测试方式，采集获得I21，V34（V3G- V4G）；I12，V43（V4G- V3G）：
在获得完整的8组16个数据以后，由数据处理模块依据以下公式进行数据处理：
V23=V2G-V3G （式1）
V32=V3G-V2G （式2）
V14=V1G-V4G （式3）
V41=V4G-V1G （式4）
V12=V1G-V2G （式5）
V21=V2G-V1G （式6）
V43=V4G-V3G （式7）
V34=V3G-V4G （式8）
R14,23=V23/I14 （式9）
R41,32=V32/I41 （式10）
R23,14=V14/I23 （式11）
R32,41=V41/I32 （式12）
R43,12=V12/I43 （式13）
R34,21=V21/I34 （式14）
R12,43=V43/I12 （式15）
R21,34=V34/I21 （式16）
RA=（R21,34 +R12,43 +R43,12 +R34,21）/4 （式17）
RB=（R32,41 + R23,14+ R14,23+ R41,32）/4 （式18）
（式19）
（式20）
在式1至式18中：
I，代表施加的测试电流，为方便计算，使用足标来表示哪两个电极，如I14，中足标代表1号电极与4号电极间的施加测试电流。
V，代表测试电压，为方便计算，使用足标来表示哪两个电极，如V23：代表2号电极与3号电极间的测试电压；
R，由欧姆定律获得，为方便计算，使用足标表示由哪两组电压和哪两组电流来获得，如R14,23表示在第1和第4两个电极间施加测试电流，测试第2和第3两个电极间的电压；
RA 、RB代表两个测试方向电阻的平均值；
的含义为范德堡公式；
在式20中，t为样品厚度，在数据处理时输入数据处理模块，ρ为需要测试的霍尔电阻率；
在获得测试结果以后，可以将完整的原始数据包括测试温度，测试中间量，样品厚度，测试日期时间等由数据存储模块存储，也可以由数据输出模块输出至打印机打印。
根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。
Claims (1)
1.一种霍尔电阻率自动测试方法，其特征在于，以计算机为测试平台，测试硬件主要包括：计算机、数字电流表、数字电压表、开关转换器，以计算机为测试平台，在计算机的总线扩展槽中安装GPIB接口卡，通过GPIB接口与数字电流表、数字电压表及开关转换器通讯，
所述数字电流表采用美国吉时利仪器公司生产的6220测试电流表；
所述数字电压表采用美国吉时利仪器公司生产的6517测试电压表；
所述开关转换器采用美国吉时利仪器公司生产的7001开关转换器；
在计算机的硬盘中安装测试模块；所述测试模块包括命令发送模块，数据采集模块，数据处理模块，数据存储模块，数据输出模块；
通过命令发送模块实现对仪表的硬件通讯、设置功能；
通过数据采集模块控制仪表实现电流、电压和温度数据采集功能 ；
通过数据处理模块，实现对采集的数据计算处理功能；
通过数据存储模块实现对数据计算存储功能 ；
通过数据输出模块实现显示和打印输出功能 ；
所述霍尔电阻率自动测试方法，包括如下测试流程：
步骤1、利用命令发送模块执行命令，使吉时利6220测试电流表输出测试电流，使吉时利6517测试电压表进入测试电压模式；
步骤2、把制作好四个测试电极的测试样品接入吉时利7001开关转换器中7055转换卡引出的四个测试端；
步骤3、利用命令发送模块执行命令，使吉时利7001开关转换器进入的第一组数据测量模式，这里吉时利7001开关转换器由两个7055转换卡组成一个开关矩阵；
步骤4、由测量模块发送命令来实现样品四个测试电极之间电极切换、电流方向切换，然后重新再接另一对电极，测另一对电压，共8组16个测试数据，即可通过测量模块来实现不同电极，不同电流测试反向的转换；
步骤5、第一组数据测量模式测试电流方向为由样品的电极1端流向电极4端方向，记做I14，同时测试样品的电极2端和电极3端间的电压，而该电压由电极2端和电极3端分别与公共地之间的压差获得，即（V2G-V3G），电极2端和电极3端间的电压采用记做V23；
步骤6、由数据采集模块获得测试电压V2G，由数据处理模块对获得的数据进行稳定计算，因为在测试过程中V2G是一个并不稳定的数，通过数据处理，使V2G在有效数字达到精度设置的要求时再采集数据；
数据采集模块采用的计算方法如下：
a)、将采集到的第1个V2G数据与第2个V2G数据的绝对值差值结果与第2个V2G数据与第3个V2G数据的绝对值差值结果进行比较，看是否满足测试精度要求；
b)、比较结果小于0.01为测试精度要求；
c)、如果条件不满足，将采集的第2个V2G数据与第3个V2G数据的绝对值差值结果与第3个V2G数据与第4个V2G数据的绝对值差值结果进行比较，依次类推，直到满足测试精度时，将进行比较时使用的最后一个采集数据作为稳定数据V2G；
步骤7、当V2G获得稳定的数据后，连同测试电流I14由数据存储模块存入存储器，然后由命令发送模块发送命令至7001切换V3G 测量端，用与步骤6同样的方法获得V3G，并由数据存储模块存入存储器，结束第一组数据的测试，获得第一组数据的同时，用命令发送模块对吉时利6517测试电压表发送温度测试命令，获得测试温度，存入存储模块；
步骤8、通过命令控制模块控制7001，控制开关矩阵，将测试电流更改为I14，按照第一组电压测试相同步骤，进行第二组电压测试，获得测试电压V3G、V2G，以获得V32，结束第二组数据测试，将数据存入数据存储模块；
步骤9、而后，发送命令至7001切换至不同的测量端重复步骤5至步骤8，采集获得I32，V41（V4G- V1G）；I23，V14（V1G- V4G）：I34，V21（V2G- V1G）；I43，V12（V1G- V2G）：I21，V34（V3G- V4G）；I12，V43（V4G- V3G）：
步骤10、在获得完整的8组16个数据以后，由数据处理模块依据以下公式进行数据处理：
V23=V2G-V3G （式1）
V32=V3G-V2G （式2）
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V41=V4G-V1G （式4）
V12=V1G-V2G （式5）
V21=V2G-V1G （式6）
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R14,23=V23/I14 （式9）
R41,32=V32/I41 （式10）
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R32,41=V41/I32 （式12）
R43,12=V12/I43 （式13）
R34,21=V21/I34 （式14）
R12,43=V43/I12 （式15）
R21,34=V34/I21 （式16）
RA=（R21,34 +R12,43 +R43,12 +R34,21）/4 （式17）
RB=（R32,41 + R23,14+ R14,23+ R41,32）/4 （式18）
（式19）
（式20）
在式1至式18中：
I，代表施加的测试电流，为方便计算，使用足标来表示哪两个电极，如I14：中足标代表1号电极与4号电极间的施加测试电流；
V，代表测试电压，为方便计算，使用足标来表示哪两个电极，如V23：代表2号电极与3号电极间的测试电压；
R：由欧姆定律获得，为方便计算，使用足标表示由哪两组电压和哪两组电流来获得，如R14,23表示在第1和第4两个电极间施加测试电流，测试第2和第3两个电极间的电压；
RA 、RB代表两个测试方向电阻的平均值；
的含义为范德堡公式；
在式20中，t为样品厚度，在数据处理时输入数据处理模块，ρ为需要测试的霍尔电阻率；
步骤11、在获得测试结果以后，将完整的原始数据包括测试温度，测试中间量，样品厚度，测试日期时间由数据存储模块存储，由数据输出模块输出至打印机打印。
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| CN109061280A (zh) * | 2018-07-24 | 2018-12-21 | 北方电子研究院安徽有限公司 | 一种用于测试电流、电压的自动测试系统 |
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