CN108872885B - 交变磁场测量实验仪 - Google Patents

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Abstract

交变磁场测量实验仪，包括：单片机；与所述单片机相连的波形发生器；与所述波形发生器相连的程控放大器，所述程控放大器还与所述单片机相连，所述程控放大器的输出端分为两个输出支路：一个输出支路与反向器和第一功率放大器相连，另一个输出支路与第二功率放大器相连，是第一功率放大器和第二功率放大器与线圈相连；与所述单片机及相连的频率波段开关和幅度波段开关；为所述单片机、波形发生器及第一、第二功率放大器供电的电源转换模块。本发明解决了传统实验仪信号输出电压幅度值不高的问题，而且实现了数字化输入，改变了传统通过电位器旋钮改变放大倍数的模拟物理量输入的形式，抗干扰能力更强，实验测量更准确。

Description

交变磁场测量实验仪
技术领域
本发明属于实验仪器技术领域，特别涉及一种基于感应法测磁场的磁场测量实验仪。
背景技术
感应法测磁场是交变磁场的经典测量方法，在大学物理实验教学中具有重要的意义和价值。在感应法测量磁场的实验中，需要一个变化的交流信号源连接在线圈两端，以产生待测的交变磁场。为了提高测量精度，交流信号源产生的待测磁场应尽可能大些，这就要相应提高交流信号源的电压幅度，而当相应的工作电源的电压幅度超过人体安全电压值30V时，会存在一定的安全隐患。而且，现有实验仪的信号源发生器基本都是采用运放模拟产生，通过调节电位器来改变信号的频率和幅度。由于实验者做测量实验时，在电位器上调节的频率点和幅度值基本相同，频繁的使用会导致电位器在某些常用位置的磨损严重而接触不良，影响实验操作。同时，现有实验仪在实际使用中，信号源的频率和幅度仅需若干个离散值，不需要连续可调。
发明内容
本发明的目的是提供一种数字化的、便于操作的交变磁场测量实验仪。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：
磁场测量实验仪，包括：单片机；与所述单片机相连的波形发生器；与所述波形发生器相连的程控放大器，所述程控放大器还与所述单片机相连，所述程控放大器的输出端分为两个输出支路：一个输出支路与反向器和第一功率放大器相连，另一个输出支路与第二功率放大器相连，是第一功率放大器和第二功率放大器与线圈相连；与所述单片机及相连的频率波段开关和幅度波段开关；为所述单片机、波形发生器及第一、第二功率放大器供电的电源转换模块。
进一步的，所述波形发生器采用型号为数字波形发生器。
进一步的，所述单片机和波形发生器的工作电压为5V，第一、第二功率放大器的工作电压为±15V，所述电源转换模块包括将AC220V转换为DC±15V的双路变压器以及将15V转换为5V的开关电源转换芯片。
进一步的，所述频率波段开关和所述幅度波段开关为数字波段开关。
由以上技术方案可知，本发明利用单片机、数字波段开关等器件组成数字化的磁场测量实验仪，所有操作调节均可用数字量控制，抗干扰能力强，双路信号有效降低了系统的工作电压，本发明的对地电压仅15V，低于人体安全电压，在实际教学应用过程中具有可靠性高、运行稳定的优点，改善了物理实验的教学效果。
附图说明
图1为本发明实施例的结构框图。
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本实施例的磁场测量实验仪包括单片机1、波形发生器2、程控放大器3、频率波段开关4、幅度波段开关5、反相器6、第一功率放大器7、第二功率放大器8、线圈9及电源转换模块10。电源转换模块10为单片机1、波形发生器2及第一功率放大器7和第二功率放大器8供电。
如图1所示，单片机1与波形发生器2、程控放大器3依次相连，频率波段开关4及幅度波段开关5与单片机1相连，单片机1同时还与程控放大器3相连，波形发生器2产生的信号输入至程控放大器3，由程控放大器3对信号进行放大后输出。程控放大器3的输出端分成两个输出支路：一个输出支路与反向器6及第一功率放大器7相连，另一个输出支路与第二功率放大器8相连，第一功率放大器7和第二功率放大器8与线圈9相连。
频率波段开关4和幅度波段开关5分别用于调节波形发生器2所产生的信号的频率和幅度，第一、第二功率放大器用于对信号的幅度和功率进行放大。本实施例的波段开关采用数字波段开关，单片机采用宏晶科技的型号为STC12C5A60S2的单时钟/机器周期(1T)单片机，波形发生器采用型号为AD9834的基于DDS技术的数字波形发生器。单片机1和波形发生器2的工作电压为5V，第一、第二功率放大器的工作电压为±15V，电源转换模块10包括将AC220V转换为DC±15V的双路变压器以及将15V转换为5V的开关电源转换芯片(TPS5430)。
使用本发明的实验仪进行磁场测量实验时，实验者首先调节频率波段开关4以及幅度波段开关5，通过频率波段开关4切换波形放大器2输出的正弦信号的频率，通过幅度波段开关5切换程控放大器3的放大倍数，单片机1识别频率波段开关4选通的位置，并配置波形发生器2输出对应频率的信号，实现正弦信号频率的调节；单片机1同时识别幅度波段开关5选通的位置，并控制程控放大器3的增益值，实现信号幅度的调节。由程控放大器3放大后输出的正弦波信号经由两个输出支路输出：一个正弦波信号经过反向器6后在经第一功率放大器7输出至线圈9，另一正弦波直接经第二功率放大器8输出至线圈9，反向器6使输出的两路信号存在180度的波形相位差，两路相差180度的信号经功率放大器提高电流输出能力后分别输入至线圈9的两端，可以产生更大的压差，峰值可达28V，从而得到大电流，解决了传统单路信号输出电压幅度值不高的问题。而且，本发明采用单片机配合波段开关，单片机通过识别频率/幅度波段开关的位置，控制波形发生器产生的信号的频率以及程控放大器的放大倍数，实现了数字化输入，改变了传统通过电位器旋钮改变放大倍数的模拟物理量输入的形式，抗干扰能力更强，实验测量更准确。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.交变磁场测量实验仪，其特征在于，包括：
单片机；
与所述单片机相连的数字波形发生器；
与所述波形发生器相连的程控放大器，所述程控放大器还与所述单片机相连，所述程控放大器的输出端分为两个输出支路：一个输出支路与反向器和第一功率放大器相连，另一个输出支路与第二功率放大器相连，是第一功率放大器和第二功率放大器与线圈相连；
与所述单片机及相连的频率波段开关和幅度波段开关，所述频率波段开关和所述幅度波段开关为数字波段开关；
为所述单片机、波形发生器及第一、第二功率放大器供电的电源转换模块。
2.根据权利要求1所述的磁场测量实验仪，其特征在于：所述单片机和波形发生器的工作电压为5V，第一、第二功率放大器的工作电压为±15V，所述电源转换模块包括将AC220V转换为DC±15V的双路变压器以及将15V转换为5V的开关电源转换芯片。
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