如何測量變化的磁場?

時間 2021-06-02 08:35:32

1樓:小明學物理

正如你問題所描述,完成這件事,需要分兩步實現。分享乙個簡易的方法:

一、磁場測量

測試磁場的方法有很多,例如:電流天平法、霍爾效應法、電磁感應法等。其中,相對而言,基於霍爾效應法的霍爾感測器還是最方便的。

首先,簡單理解一下原理(對操作使用有幫助):

圖1-霍爾效應原理示意圖

如圖,當物質放入磁場後,磁場 垂直於樣品表面,電流I直與磁場,在物體的的另一對側面內將產生電動勢 ,這種物理現象稱為霍爾效應。

在磁場中,運動的載流子(電子或空穴)受到洛倫茲力 作用,向物體兩側偏轉分離,分別形成正負電荷的積累,於是建立起乙個霍爾電場 ,對應形成霍爾電勢 。

以單獨的電子為例,霍爾電場 對電子施加乙個電場力 。隨著電子的積累,當電場力 與洛倫茲力 達到動平衡( )時,形成穩定的霍爾電勢 。建立穩定電動勢的速度很快(應該在微秒甚至更短時間),通常探測時已經達到平衡。

(如果想探測更快速磁場變化,此方法不適用。大膽武斷一下,你應該不是問超快磁場變化的問題。)

根據平衡條件, ,再結合電流 ,

那麼,可以得到 。

對於霍爾感測器中,載流子濃度n,e,d,I引數已知條件下,測試電壓 ,就可以計算出磁場 。

需要注意的是, 此時磁場 為垂直於物體表面的磁場,而實際中,磁場難以絕對垂直於感測器表面。因而,實際操作中,還需要轉動感測器,使得霍爾電動勢最大。

到此,可以實現測試單點的磁場強度。隨後便是連續測試,並展示磁場和時間的變化關係。

圖2-高斯計霍爾感測器探頭

知乎鹽選 | 物聯網感測器技術與應用

二、波形圖製作

對於大部分商業高斯計,除了霍爾感測器以為,還配有顯示和控制的表頭,如圖所示。

圖3-高斯計表頭

支援使用者可以使用電腦和儀表之間實時資料通訊,返回測試的磁場資料,並作圖。題主可以使用軟體讀取磁場值,橫軸為時間軸,縱軸為磁場強度值,即可畫出波形圖。

推薦一款軟體Labview,視覺化圖形程式設計,容易上手,使用下圖所示波形圖控制項,實現實時波形圖輸出。

圖4-Labview 軟體示意圖

測磁場霍爾感測器模組

霍爾感測器晶元

那麼,如果想繪波形圖,則需要有一定的硬體基礎和程式設計基礎。

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