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《利用霍爾效應(yīng)測量微小位移》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第六居今已龍等李談物理實臉敬李研付套格人集(下)利用霍爾效應(yīng)測量微小位移,,,,,王娟莊楷賢李潮杰劉健濱孫番典朱梓炎,(華南師范大學物理與電信工程學院廣州51006)。:小位移的實驗裝置摘要本文介紹一種利用霍爾效應(yīng)來測量微就是把雙霍爾元件放,,,置在同極相對放置的永磁體中磁感應(yīng)強度與位置成線性關(guān)系根據(jù)霍爾效應(yīng)得出輸出電壓與位五成線性關(guān)系.當霍爾元件在磁場中發(fā)生微小位移,輸出電壓發(fā)生改變,通過對微小位,.移改變量與輸出電壓的比較求出改變的位移量關(guān)健詞:雙霍爾元件;;小位移測量;轉(zhuǎn)換器霍爾效應(yīng)微中圖分類號:041文獻標識碼:A1引言,,,、?；魻柶骷哂芯€性特性好靈敏度高
2、穩(wěn)定性好控制簡單方便等特點人們利用霍,。。爾效應(yīng)生產(chǎn)的霍爾器件通常用于檢測磁場和檢測電流但在微小位移檢測中很少使用本,,文介紹利用霍爾效應(yīng)測量微小位移我們把兩個霍爾元件相對放置在磁場中微小位移的有,,,,。效位移在士1毫米內(nèi)其精度可達到1卿且結(jié)構(gòu)簡單操作方便穩(wěn)定性好2測量原理,,:根據(jù)霍爾效應(yīng)原理有電位差飾與電流強度助成正比與磁感應(yīng)強度B成正比與薄,片的厚度d成反比即UR·一子式,。中而為霍爾系數(shù)它表示該材料產(chǎn)生霍爾效應(yīng)能力的大小,,。由上式可知當其他條件不變時磁感應(yīng)強度與輸出電壓有線性關(guān)系根據(jù)永磁體的磁,,。場分布兩同極相對時極間的磁場強度分布與距離有某一段具有較好
3、的線性關(guān)系若令霍,,爾元件的工作電流保持不變而使其在一個均勻梯度磁場中移動它輸出的霍爾電壓UH值只由它在該磁場中的位移量。Z來決定,圖1為產(chǎn)生梯度磁場的磁系統(tǒng)圖2為磁場與霍爾器件組成的位移傳感器的輸出特性曲,,。,線將它們固定在被測系統(tǒng)上可構(gòu)成霍爾微位移傳感器從圖2曲線可見單霍爾在結(jié)構(gòu),,,處于<2時與z有良好的線性關(guān)系而雙霍爾在結(jié)構(gòu)處于4、院副教授從事實驗面研究.物理方—1—第六居全已龍等甘載物理實臉敬檬研襯套倫我攀(下)圖1圖23霍爾元件AN503性能:霍爾元件的性能如下所示型號封裝控制電壓輸出阻抗工作溫度線性范圍工作電壓靈敏度范圍(℃)(mT)范圍(均(mv/m乃(V)閃AN503TO一92UA5.8721.35一22一80一20住一2004.0一9,07.5一25(最優(yōu)),,對霍爾元件AN503的性能進行分析它在磁場中是非常靈敏的工作電壓范圍也比較,,,廣而且我們通過多次測量還發(fā)現(xiàn)在電源電壓為5.872V時霍爾元件的輸出電壓在變化,。,同樣的位移時變化是比較大而且穩(wěn)定的通過多次測量求平均我們繪出每
5、移動霍爾元件,,在磁場中的位移100微米的時候霍爾元件AN503在磁場中改變位置時所輸出的電壓與。,位置之間存在比較線性的關(guān)系我們對其進行更小距離變化的測量每變化10卿時,-輸出電壓與位置之間也是存在比較良好的線性關(guān)系的因此我們在此系統(tǒng)中選取AN503的霍爾元件作為我們的傳感器。4霍爾位移傳感器組成及抗干擾方法4.1傳感器傳、、感器主要由霍爾元件磁鐵鋼絲和有機玻璃構(gòu),,,成如示意圖3所示用有機玻璃制作一個底座在正、、上方的中央挖了一個高Icm寬Lscm長Zcm的長方,,、體在長方體的兩側(cè)放置了同極性放置的長Zom高,,Icm強磁鐵兩磁鐵間距為Icm磁鐵上方放置兩根鋼,
6、,,絲平行地通過兩側(cè)的有機玻璃板鋼絲上固定一輕板,,來固定兩霍爾元件使它們處于兩磁鐵之間如示意圖,,6所示霍爾元件在兩磁鐵間可以任意地滑動改變其。,位置在兩鋼絲的右端固定一個由有機玻璃制作的探頭,,使物體與探頭接觸帶動霍爾元件在磁場中位置的改變圖3傳感器的俯視圖。,從而改變霍爾元件輸出的電壓其中霍爾元件的霍爾電一,,,壓溫度系數(shù)為0.06%會給測量帶來誤差但由于霍爾元件可以近似保持在恒溫下工作而。,且我們采用雙霍爾組成差分電路霍爾元件的放置如示意圖4所示兩個霍爾元件分別以一一2一第六居奎已龍等學談物理實臉教李研襯套倫次集(下)面朝外一面朝內(nèi)的相對位置安裝在輕板上。注意
7、,它們必須放置在同一水平面上,而且高度。,須保持一致它們輸出的電壓的差值為單個霍爾元件在同一條件下的兩倍因此輸出電壓變,,。,化更加穩(wěn)定誤差更小甚至可以忽略由于霍爾元件十分靈敏外,,界的環(huán)境對其有很大的影響所以還用有機玻璃制作了一個罩來隔,。一離外界的影響以減少誤差這就是霍爾元件在Zmm<=X<月mm位,。置中位移與輸出電壓之間有一個比較良好的線性關(guān)系:4.2抗干擾方法,,l)在傳感器的制作過程中由于磁場受到很多方面的影響如環(huán)境、鐵等物質(zhì)的影響,我們在制作探頭和固定方面盡量找了一些對磁。,。場影響比較小的材料固定方面我們采取有機玻璃而彈簧由于是圖4雙
