CN208044049U - 一种亥姆霍茨线圈磁场实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种亥姆霍茨线圈磁场实验装置，包括霍尔传感器、仪表放大器、A/D转换器、单片机、第一驱动电路、第二驱动电路、步进电机、传感器位置控制器、第三驱动电路、亥姆霍茨线圈、复位电路、数据接口和计算机。该装置采用了性能优异的集成线性霍尔传感器为探头代替体积较大的探测线圈，具有结构牢固、体积小、重量轻、测量位置不受限制等优点；采用传感器位置控制器来移动和定位霍尔传感器，使用方便；采用超低功耗单片机作为信号处理与控制的核心，并且配有计算机控制单片机，实现了装置的自检、参数的自动设置和校正、校零等功能，有效提高了实验装置的测量精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及物理实验装置领域，尤其涉及一种亥姆霍茨线圈磁场实验装置。
背景技术
传统的亥姆霍茨线圈磁场实验装置由亥姆霍茨线圈、亥姆霍茨磁场实验控制箱及磁场测试仪组成。利用该实验装置，可以让学生学习并理解感应法测量磁场的原理和方法，并对亥姆霍茨线圈周线上的磁场分布进行研究。
传统的亥姆霍茨线圈磁场实验装置的励磁电流由实验操作人员通过电位器进行调节，精度难以满足要求，同时由于探测线圈体积较大，探测到的磁感应强度是某个区域内的平均值，很难精确反映某个点的磁场情况，导致测量误差较大，调节过程麻烦。
发明内容
针对上述问题，本实用新型提出了一种亥姆霍茨线圈磁场实验装置，该装置采用了性能优异的集成线性霍尔传感器为探头代替体积较大的探测线圈，通过传感器位置控制器精确控制霍尔传感器位置，采用超低功耗单片机作为信号处理与控制的核心，并且配有计算机控制单片机，从而实现装置的自检、参数的自动设置和校正、校零等功能。
本实用新型提供的技术方案如下：所述亥姆霍茨线圈磁场实验装置包括霍尔传感器、仪表放大器、A/D转换器、单片机、第一驱动电路、第二驱动电路、步进电机、传感器位置控制器、第三驱动电路、亥姆霍茨线圈、复位电路、数据接口和计算机。
所述霍尔传感器的输出端与所述仪表放大器的输入端相连，所述仪表放大器的输出端与所述A/D转换器的输入端相连，所述A/D转换器的输出端与所述单片机的输入端相连，所述单片机的输出端与所述第一驱动电路的输入端相连，所述第一驱动电路的输出端与所述霍尔传感器的输入端相连，所述单片机的输出端与所述第二驱动电路的输入端和第三驱动电路的输入端相连，所述第二驱动电路的输出端与所述步进电机的输入端相连，所述步进电机的输出端与所述传感器位置控制器的输入端相连，所述第三驱动电路的输出端与所述亥姆霍茨线圈的输入端相连，所述复位电路的输出端与所述单片机的输入端相连，所述单片机的输出端还与所述数据接口的输入端相连并实现双向通信，所述数据接口的输出端与所述计算机相连并实现双向通信。
优选地，所述单片机为低功耗单片机，其型号为MSP430。
优选地，所述霍尔传感器为集成线性霍尔传感器，其型号为HAL810。
优选地，所述复位电路由555振荡电路和74LS123单稳态触发器构成。
优选地，所述第三驱动电路为亥姆霍茨线圈驱动电路。
优选地，所述A/D转换器的型号为ICL7135。
优选地，所述仪表放大器采用低漂移、高输入阻抗的放大电路。
优选地，所述传感器位置控制器为电驱动式托持型机械手。
优选地，所述数据接口为RS232通讯接口。
本实用新型中提供的亥姆霍茨线圈磁场实验装置，具有以下有益效果：首先，在磁场检测传感器的选取方面，本实验装置选用灵敏度及测量精度都比较高的霍尔传感器，霍尔传感器薄而小，可伸入狭窄间隙中进行测量，测量位置不受限制；其次，在信号处理电路设计方面，本实验装置采用仪表放大器对霍尔传感器输出信号进行放大处理，后经由A/D转换器和单片机送计算机进行非线性校正、不等位电势校正，提高了测量精度；第三，在控制电路的设计方面，选用低功耗的单片机作为控制核心，并通过计算机控制单片机，进而对霍尔传感器的位置和驱动电流、亥姆霍茨线圈激励电流等参数进行设定和控制，提高了整个装置的自动化和智能化水平。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图。
附图标记：100-霍尔传感器，101-仪表放大器，102-A/D转换器，103-单片机，104-第一驱动电路，105-第二驱动电路，106-步进电机，107-传感器位置控制器，108-第三驱动电路，109-亥姆霍茨线圈，110-复位电路，111-数据接口，112-计算机。
具体实施方式
如图1所示的一种亥姆霍茨线圈磁场实验装置，包括霍尔传感器100、仪表放大器101、A/D转换器102、单片机103、第一驱动电路104、第二驱动电路105、步进电机106、传感器位置控制器107、第三驱动电路108、亥姆霍茨线圈109、复位电路110、数据接口111和计算机112。
所述霍尔传感器100的输出端与所述仪表放大器101的输入端相连，所述仪表放大器101的输出端与所述A/D转换器102的输入端相连，所述A/D转换器102的输出端与所述单片机103的输入端相连，所述单片机103的输出端与所述第一驱动电路104的输入端相连，所述第一驱动电路104的输出端与所述霍尔传感器100的输入端相连，所述单片机103的输出端与所述第二驱动电路105的输入端和第三驱动电路108的输入端相连，所述第二驱动电路105的输出端与所述步进电机106的输入端相连，所述步进电机106的输出端与所述传感器位置控制器107的输入端相连，所述第三驱动电路108的输出端与所述亥姆霍茨线圈109的输入端相连，所述复位电路110的输出端与所述单片机103的输入端相连，所述单片机103的输出端还与所述数据接口111的输入端相连并实现双向通信，所述数据接口111的输出端与所述计算机112相连并实现双向通信。
所述单片机103为低功耗单片机，其型号为MSP430。
所述霍尔传感器100的型号为HAL810，利用霍尔效应制成的霍尔元件能做得薄而小，可伸入狭窄间隙中进行测量，也可用以测量非均匀磁场及交变磁场。应用霍尔元件的磁场测量装置，可测量1微特到10特范围内的磁通密度值，误差为0.1～5％。在工作过程中，霍尔传感器100所需要的工作电流由单片机103发出控制指令给第一驱动电路104，以产生合适的驱动电流。
所述复位电路110由555振荡电路和74LS123单稳态触发器构成。
所述第一驱动电路104用于驱动霍尔传感器100，所述第二驱动电路105用于驱动所述步进电机106，进而控制所述传感器位置控制器107，所述第三驱动电路108用于驱动所述亥姆霍茨线圈109，并为亥姆霍茨线圈109提供适合的励磁电流。
所述A/D转换器102选用了具有自校零技术的14Bit A/D芯片ICL7135，将采集的霍尔电动势信号送入单片机103进行处理。
所述仪表放大器101采用低漂移、高输入阻抗的放大电路。
所述传感器位置控制器107用于改变所述霍尔传感器100在测量时的位置，传感器位置控制器107为电驱动式托持型机械手，由步进电机106进行控制，控制指令由所述单片机103根据实验者需要发出。
所述计算机112用于向单片机103下达各种指令，如传感器位置控制器107的位置控制数据、传感器驱动电流的大小、亥姆霍茨线圈109激励电流设置等，同时能够将单片机103采集并处理后的数据进行显示。
所述数据接口111为RS232通讯接口，用于实现所述计算机112与单片机103之间的通信。
以上所述为本实用新型的一个典型实施案例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、同等替代、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种亥姆霍茨线圈磁场实验装置，其特征在于：所述亥姆霍茨线圈磁场实验装置包括霍尔传感器、仪表放大器、A/D转换器、单片机、第一驱动电路、第二驱动电路、步进电机、传感器位置控制器、第三驱动电路、亥姆霍茨线圈、复位电路、数据接口和计算机；所述霍尔传感器的输出端与所述仪表放大器的输入端相连，所述仪表放大器的输出端与所述A/D转换器的输入端相连，所述A/D转换器的输出端与所述单片机的输入端相连，所述单片机的输出端与所述第一驱动电路的输入端相连，所述第一驱动电路的输出端与所述霍尔传感器的输入端相连，所述单片机的输出端与所述第二驱动电路的输入端和第三驱动电路的输入端相连，所述第二驱动电路的输出端与所述步进电机的输入端相连，所述步进电机的输出端与所述传感器位置控制器的输入端相连，所述第三驱动电路的输出端与所述亥姆霍茨线圈的输入端相连，所述复位电路的输出端与所述单片机的输入端相连，所述单片机的输出端还与所述数据接口的输入端相连并实现双向通信，所述数据接口的输出端与所述计算机相连并实现双向通信。
2.如权利要求1所述的亥姆霍茨线圈磁场实验装置，其特征在于：所述单片机为低功耗单片机，其型号为MSP430。
3.如权利要求1所述的亥姆霍茨线圈磁场实验装置，其特征在于：所述霍尔传感器的型号为HAL810。
4.如权利要求1所述的亥姆霍茨线圈磁场实验装置，其特征在于：所述复位电路由555振荡电路和74LS123单稳态触发器构成。
5.如权利要求1所述的亥姆霍茨线圈磁场实验装置，其特征在于：所述仪表放大器采用低漂移、高输入阻抗的放大电路。
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|---|---|---|---|---|
| CN111283656A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-06-16 | 哈尔滨工业大学 | 一种具有反馈自监测功能的微纳机器人磁场发生装置 |
| CN111487523A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-04 | 江苏七维测试技术有限公司 | 用于搭载ic测试仪的霍尔传感器测试方法 |
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