CN202383901U - 霍尔效应及磁场测定实验装置 - Google Patents

Abstract

一种霍尔效应及磁场测定实验装置，包括：电源、电磁铁、霍尔元件、直流数字电流表、直流数字电压表、嵌有单片机的电路板、蓝牙发射模块、显示器、用于实验数据收集和实时处理的配置有蓝牙接收模块的计算机；直流数字电压表同单片机相连接，当学生测量得到霍尔电压时，按下嵌有单片机的电路板上的“记录”按钮，单片机会将霍尔电压数据实时传送给并显示在与单片机相连接的显示器上，学生全部测量所需数据后，按下嵌有单片机的电路板上的“发送”按钮，包含上述数据和学生编号和姓名的数据包经蓝牙发射模块发送到所述计算机上，再由所述计算机对数据进行存储和后续处理。

Description

霍尔效应及磁场测定实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种大学物理实验装置，主要涉及一种用霍尔效应测量磁场的实验数据的采集、传送和实时处理系统，属于大学物理实验仪器领域。

背景技术

美国物理学家霍尔于1879年在实验中发现，当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象被称作霍尔效应，相应的电势差被叫做霍尔电势差(又称作霍尔电压)。后来人们发现半导体的霍尔效应比金属强得多，因此人们使用半导体材料制成霍尔传感器(又称作霍尔元件)，它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。

在大学物理实验教学中，可以使用霍尔元件对半导体类型、载流子浓度等进行测量，而利用霍尔效应测量非均匀磁场已成为大学物理基本实验之一。在目前的霍尔效应及磁场测定实验中，学生通过移动霍尔元件在磁场中的位置，读取霍尔电压V_H，通过手抄记录在实验数据记录纸上；下课后，通过磁感强度B和霍尔电压V_H的关系式计算得到磁感强度：

$B=\frac{V_{H}d}{R_H{I}_s}$

式中，R_H表示霍尔系数，I_s表示通过霍尔元件的电流，d表示霍尔元件的厚度。

这样的实验过程存在三个问题，第一：对于学生的实验掌握程度不易了解，众所周知，学生之间的抄袭现象是普遍存在的，如果学生在实验后抄袭了他人的实验数据，并以此来提交实验报告，实验老师对此并不能及时发现，因为学生的数据记录过程完全是独立于老师的，这样导致的后果就是老师对于学生的实验掌握程度不能具有一个很好的了解，进而导致对于教学质量的评估出现偏差；第二，学生在数据记录过程中费时、费力，数据彼此间分立，容易产生错误；第三，实验教师对学生数据的处理多凭经验，在评分过程中不可避免的出现偏差。

本实用新型就是针对上述的问题而提出的，提供一种霍尔效应测定磁场实验数据的采集、传送和实时处理系统，其能够测量霍尔电压，而且方便准确的读取实验数据、传送数据、实时处理实验数据。在教学中，可以根据实验需要，随时更改实验内容，简单、易行。

发明内容

根据本实用新型的一实施例，提供了一种霍尔效应测定磁场实验数据的采集、传送和实时处理系统，包括：电源、电磁铁、霍尔元件、直流数字电流表、直流数字电压表、嵌有单片机的电路板、蓝牙无线传输模块、液晶显示器、用于实验数据收集和实时处理的计算机和数据处理程序。

霍尔效应测定磁场实验，电源负责给电磁铁、霍尔元件供电，直流数字电流表监测霍尔元件通过的电流，直流数字电压表监测霍尔电压，这些都是现有技术，很成熟，在此不再进行赘述。本实用新型的特征在于：本霍尔效应测定磁场实验装置中，直流数字电压表同一单片机相连接，当学生测量得到霍尔电压时，按下嵌有单片机的电路板上的“记录”按钮，单片机会将霍尔电压数据实时传送给并显示在与其相连接的液晶显示器上。学生全部测量所需数据后，按“发送”按钮，包含上述数据和学生编号和姓名的数据包经蓝牙发射模块发送到老师的计算机上，再由计算机对数据进行后续处理。

通过上述装置，就解决前述的问题，每进行一次实验之后，学生都能实时的在显示器上看到该次的实验数据，也即霍尔电压的数据，如果对于实验结果不满意，可直接将数据删除，重新进行实验，其最后看到的是一个整体的全部的实验数据；再者，学生每次实验完毕后，都需要将包含有个人信息的实验数据发送到老师的计算机上，能够保证老师看到每个学生原始的实验数据，有效的防止了学生之间抄袭现象的发生；第三，采用此系统，计算机程序将实验数据处理并存储后，可随时调用，作为教师在给定实验报告分数时的客观依据，从而进行方便、公正的实验评价。

附图说明

图1为霍尔效应测定磁场实验装置结构示意图；

图2为霍尔效应测定磁场实验装置数据的采集、传送和接收模块示意图；

在上述图中，1表示二维移动标尺，2表示电磁铁，3表示放有霍尔元件的支架，4表示霍尔元件，5表示集成电源、直流数字电流表、直流数字电压表的控制箱，6表示单片机，7表示显示器，8表示蓝牙发射模块，9表示配有蓝牙接收模块的计算机。

具体实施例

图1示出了本实用新型中霍尔效应测定磁场实验的结构示意图，该部分与现有技术中的霍尔效应测定磁场实验装置一致。

本实用新型的特征在于其还包括数据的采集、传送和接收模块。本实用新型中学生通过调节二维移动标尺，使得霍尔元件4到达电磁铁2产生的磁场中不同的位置，观察直流数字电压表的读数，即为霍尔电压；同时直流数字电压表5与单片机6相连接，学生按下嵌有单片机的电路板上的“记录”按钮，单片机会将该霍尔电压数据传输到一个与其相连接的显示器上，并且，嵌有单片机的电路板上还设置有“发送”按钮和蓝牙发射模块，通过按下所述“发送”按钮，所述蓝牙发射模块会将包含有学生信息和上述数据的数据包传送到老师计算机上的蓝牙接收模块，接收后在该计算机上存储和处理。

显示器：单片机芯片采集过来的数据，由一个8时TFT液晶显示器将实验内容和数据全部显示出来。学生通过液晶屏观察的实验数据具有整体感，可以通过对比不同测量组的数据，判断实验中可能存在的操作错误。对于错误数据，可由嵌有单片机的电路板上的“删除”键直接删除。使用者还可以根据实验中数据多少的不同，选择不同的、合适尺寸的液晶显示器。

数据传送：实验数据临时存储在单片机中，嵌有单片机的电路板上设置有“发送”按钮，按一下该按钮，则数据经蓝牙模块通过蓝牙无线信号发送出去。

数据接收：计算机上插有蓝牙适配器做为蓝牙接收模块，可以接收蓝牙信号。

数据实时处理：计算机上有编写好的程序，读取蓝牙适配器接收到的数据，存储实验数据到以学生学号和姓名为文件名的文件中，作为数据备份。同时，计算机程序还可对实验数据进行处理，处理后的结果实时显示在计算机屏幕上，以方便教学的老师实时判断学生做的实验好坏，以及为批改实验报告提供客观依据，方便教师甄别学生数据的准确度。

如果想更改部分实验内容，只需在单片机内重新写入程序，调整液晶屏显示内容，改写计算机处理程序，可节约大量仪器更新和改造费用。

Claims (3)

1.一种霍尔效应及磁场测定实验装置，包括：电源、电磁铁、霍尔元件、直流数字电流表、直流数字电压表、嵌有单片机的电路板、蓝牙发射模块、显示器、用于实验数据收集和实时处理的配置有蓝牙接收模块的计算机；直流数字电压表同单片机相连接，当学生测量得到霍尔电压时，按下嵌有单片机的电路板上的“记录”按钮，单片机会将霍尔电压数据实时传送给并显示在与单片机相连接的显示器上，学生全部测量所需数据后，按下嵌有单片机的电路板上的“发送”按钮，包含上述数据和学生编号和姓名的数据包经蓝牙发射模块发送到所述计算机上，再由所述计算机对数据进行存储和后续处理。

2.根据权利要求1所述的装置，所述显示器为液晶显示器。

3.根据权利要求1所述的装置，所述单片机的电路板上还设置有“删除”键，用于在实验过程中删除操作错误的实验数据。 

Images