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可自动定标的高精度磁场测量仪的设计

发布时间:2018/03/19点击量:

  U乐国际该丈量仪可以完成对稳恒场,脉冲场峰值,交变场正负峰值、峰峰值及其频率的测量,同时具有主动测量功效。

  霍尔效应的基本原理如图1所示。在Y方向通以电流I,并在Z偏向施加磁感应强度为90的磁场,那么载流子在X方向遭到洛仑兹力作用而在两端发生霍尔电动势EH。根据霍尔效应创造的霍尔器件是拥有一定形状的半导体薄片,其霍尔电动势为:

  式中,RH为与质料有关的霍尔系数,d为霍尔器件的厚度,I为流过霍尔器件的电流,Bo为外磁场的磁感到强度。对于一个霍尔器件而言,在电流I恒定的情形下,EH与外磁场Bo成正比,设比例系数K=RH。是以,对于于不同的霍尔传感器,可以通过改变工作电流I,使其拥有相同的比例系数。

  霍尔器件的定标就是肯定霍尔电动势EH与外磁场Bo的比例瓜葛。所以在霍尔器件的线性区,可以通过扭转工作电流I,使其到达预先配置的霍尔电动势EH与外磁场Bo的比例瓜葛,从而完成线性区的定标。把对于应事情电流下的非线性区霍尔电动势与外磁场Bo作成数据表格存储在一个串行的E2PROM中,测量时就能够通过查表和线性拟合的法子求患上外磁场Bo。因此,只需在霍尔器件探头上封装一个串行E2PROM,将该探头的事情电流和对于应的非线性区表格存储在此中便可。改换探头后磁场丈量仪的CPU可以从E2OPROM中取得该探头的工作电流,然后调治一个可控的恒流源完成定标工作。

  该仪器的硬件电路主要由主控电路、定标电路、信号处置与收集电路、频率测量电路等构成。

  主控电路以AT89C52为焦点,包孕一个双通道A/D转换器MAXlll、两个D/A转换器MAX54一、经8279扩铺的键盘表现电路、一个定标参数存储器X24128以及与上位机通讯的RS232接口。为了淘汰干扰,在模仿电路与数字电路之间加有光电断绝电路。

  A/D转换器MAXlll的一起用来检测调零电路输出,另一路用来采集保持后的感到电压旌旗灯号。两个D/A转换器MAX541中的一个用来输出霍尔不等位电势的赔偿电压,另一个用来节制压控恒流源。

  经8279扩展六个按键:电源键、定标键、调零键、量程转换键、主动测量键、显示停息键,键盘以中断方式工作。同时经8279扩展出双8位的数字表头,一个用来表现交变磁场频率,另一个由软件节制根据不同的磁场显示不同数值。当丈量稳恒场时,表现磁场值;当丈量脉冲场时,显示峰值;当测量交变磁场时,由软件控制依次显示正、负峰值及峰峰值,表现时间距离由软件控制为5s,当按下显示暂维持键时,保持当前显示数据,再次按显示维持键,显示下一个数据。可自动定标的高精

  式中,VIN由16位D/A转换器MAX541提供,可在0~2.5V之间以0.04mV的分辨率调治。那么恒流源电流可在0~10mA之间以0.161μA的分辨率调节,完全可以知足普通霍尔器件的恒流事情请求。

  为了对不同类型磁场入行高精度测量,本系统旌旗灯号处理电路由程控放年夜电路、数字调零电路、峰值检测与保持电路组成。处置后信号的收集由MAXlll通道1完成。

  因为建造工艺的原因,霍尔器件总有不等位电势存在。为了顺应自动测量的必要,不等位电压的补偿由数字调零电路实现,其原理图如图4所示。该电路实际上是由两个运算放大器形成的加减运算电路。在体系初始化时,对于差别量程举行调零,并将对应的补偿电压数值存在RAM中;测量过程中量程转换或者手动选择量程后,可直接查询响应的数值,由D/A转换器输出赔偿电压。由于采用了高精度的A/D和D/A转换器,调零后的不等电位小于0.1mV。

  为了测量脉冲磁场以及交变磁场的峰值,本系统含有由采样保持器LF398[5]以及逻辑控制电路构成的正负峰值检测保持电路。正峰值检测保持电路原理图如图 5所示。LF398的控制端8的逻辑值E=(A+B)*D,当E为高时LF398处于尾随状态,输出电压即是输进电压;当E为低时LF398处于保持状态,输出维持不变。峰值维持电路的事情过程是:当举行数据收集时,使P2.0置低电平,P2.1置高,如许LF398的节制端完整取决于LM319对比器的输出端。LM319的输出电平可由LF398的输出电压Vo和输入电压Vin对比的了局决定。当输入电压Vin高于输出电压Vo时,LF398的逻辑控制被置成高电平,使LF398处于尾随状态;当输入电压Vin到达峰值而降低时,LF398的逻辑节制端被置成低电平,使LF398处于维持状态,从而实现了对于“峰值”的保持。在采样状态,为了使保持下来的峰值不被下一个不同的峰值冲掉,当检测到P1.2被置成低电平(LF398已取得峰值)时,使 P2.1脚置低电平,从而封锁了输入信号。在丈量稳恒磁场和交变磁场时,为了提高准确度,常需要转换量程。每一次转换量程后,先把P2.0和P2.1置高,使LF398处于跟随状态,延时50μs,使得LF398的输出和输进相等;然后将P2.0置低,进入峰值检测状态,即可完成量程转换。

  负峰值检测电路只是在正峰值检测电路之前加了一个反相器,逻辑节制部分由P1.3、P2.二、P2.3完成。度磁场测量仪的设计保持下来的峰值经一个模仿开关CD4051后由MAXlll的通道1检测。

  因为AT89C52含有三个准时计数器,测量频率很是简朴方便,只需对换零后的输出信号举行适当的放年夜,其后颠末一个过零滞回比较器整形后得到方波信号,再通过一个四分频器输入到AT89C52的计数器T1以及外部中断INT0便可。为了加倍正确地测量频率,当信号频率高于5kHz时用测频法,即关中断 INT0,把准时器TO设定一个时候to,开计数器T1,计数器溢出一次,则把内存中某个单位加1;若to时候内计数值为N1,可求患上被测信号的频率为 4Nl/to。频率低于5kHz时用测周期法,即关计数器T1,开定时器TO,中止INT0以边沿方式触发,发生第一次中断时,TO计时为t1,再次发生中断时关失中止,此时计数器TO计时为t2,则被测旌旗灯号的周期T=(t2-t1)/4、f=4/(t2-t1)。为了测较低的旌旗灯号频率,可以使TO循环计数。由于加了四分频,该法子可测小于2MHz的信号。

  仪器软件接纳汇编说话编写,包孕主程序、定标子程序、调零子程序、数据收集子程序、表现子步伐、键盘中止服务子程序、频率测量步伐、A/D转换步伐、D /A转换程序、盘算磁场大小子程序等。体系默以为自动测量模式,选择最年夜量程。在键盘中断步伐中,差别的键被按下,执行差别的步伐。在数据收集子程序中,判断是不是为手动,如果则直接采集,并保存数据。若不是则果断量程是否合适,不合适则转换量程重新丈量,并保存上次丈量值。若转换后测量为零,阐明为脉冲场,以前次测的值为准。因此,对于于脉冲场,若知道其场强范围,最佳手动选择量程。仪器软件流程图如图3所示。

  该测场仪以单片机为核心,接纳串行存储器扩年夜了磁场测量范围,采用压控恒流源手艺解决了霍尔探头更换后的定标问题。该仪用具有自动量程转换功效,并能同时丈量磁场频率,其磁场的测量范围为:0.01mT~6T,测量精度优于量程的±0.2%,特别合适于磁场年夜、类型未知的丈量场合。