詳解可自動定標(biāo)的高精度磁場測量儀設(shè)計
該測量儀可以完成對穩(wěn)恒場,脈沖場峰值,交變場正負(fù)峰值、峰峰值及其頻率的測量,同時具有自動測量功能。
圖1:霍爾效應(yīng)原理圖
測量原理
霍爾效應(yīng)的基本原理如圖1所示。在Y方向通以電流I,并在Z方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為90的磁場,那么載流子在X方向受到洛侖茲力作用而在兩端產(chǎn)生霍爾電動勢EH。根據(jù)霍爾效應(yīng)制造的霍爾器件是具有一定形狀的半導(dǎo)體薄片,其霍爾電動勢為:
EH=RH(IB0/d)(1)
式中,RH為與材料有關(guān)的霍爾系數(shù),d為霍爾器件的厚度,I為流過霍爾器件的電流,Bo為外磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。對一個霍爾器件而言,在電流I恒定的情況下,EH與外磁場Bo成正比,設(shè)比例系數(shù)K=RH。因此,對于不同的霍爾傳感器,可以通過改變工作電流I,使其具有相同的比例系數(shù)。
霍爾器件的定標(biāo)就是確定霍爾電動勢EH與外磁場Bo的比例關(guān)系。所以在霍爾器件的線性區(qū),可以通過改變工作電流I,使其達(dá)到預(yù)先設(shè)置的霍爾電動勢EH與外磁場Bo的比例關(guān)系,從而完成線性區(qū)的定標(biāo)。把對應(yīng)工作電流下的非線性區(qū)霍爾電動勢與外磁場Bo作成數(shù)據(jù)表格存儲在一個串行的E2PROM中,測量時就可以通過查表和線性擬合的方法求得外磁場Bo。因此,只需在霍爾器件探頭上封裝一個串行E2PROM,將該探頭的工作電流和對應(yīng)的非線性區(qū)表格存儲在其中即可。更換探頭后磁場測量儀的CPU可以從E2OPROM中取得該探頭的工作電流,然后調(diào)節(jié)一個可控的恒流源完成定標(biāo)工作。