該測量儀可以完成對穩恒場，脈衝場峰值
，交變場正負峰值、峰峰值及其頻率的測量，同時具有自動測量功能。

圖1：霍爾效應原理圖

 

 

霍爾效應的基本原理如圖1所示。在Y方向通以電流I，並在Z方向施加磁感應強度為90的磁場，那麼載流子在X方向受到洛侖茲力作用而在兩端產生霍爾電動勢EH。根據霍爾效應製造的霍爾器件是具有一定形狀的半導體薄片，其霍爾電動勢為：

 

EH=RH（IB0/d）（1）

 

式中
，RH為與材料有關的霍爾係數，d為霍爾器件的厚度，I為流過霍爾器件的電流，Bo為外磁場的磁感應強度。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
，設比例係數K=RH。因此
，對於不同的霍爾傳感器，可以通過改變工作電流I，使其具有相同的比例係數。

 

霍爾器件的定標就是確定霍爾電動勢EH與外磁場Bo的比例關係。所以在霍爾器件的線性區
，可以通過改變工作電流I，使其達到預先設置的霍爾電動勢EH與外磁場Bo的比例關係
，從而完成線性區的定標。把對應工作電流下的非線性區霍爾電動勢與外磁場Bo作成數據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
，隻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的非線性區表格存儲在其中即可。更換探頭後磁場測量儀的CPU可以從E2OPROM中取得該探頭的工作電流，然後調節一個可控的恒流源完成定標工作。

 

該儀器的硬件電路主要由主控電路、定標電路、信號處理與采集電路、頻率測量電路等組成。

 

 

主控電路以AT89C52為核心，包括一個雙通道A/D轉換器MAXlll

、兩個D/A轉換器MAX541、經8279擴展的鍵盤顯示電路、一個定標參數存儲器X24128以及與上位機通訊的RS232接口。為了減少幹擾

，在模擬電路與數字電路之間加有光電隔離電路。

 

A/D轉換器MAXlll的一路用來檢測調零電路輸出，另一路用來采集保持後的感應電壓信號。兩個D/A轉換器MAX541中的一個用來輸出霍爾不等位電勢的補償電壓，另一個用來控製壓控恒流源。

 

經8279擴展六個按鍵：電源鍵、定標鍵、調零鍵、量程轉換鍵
、自動測量鍵
、顯示暫停鍵，鍵盤以中斷方式工作。同時經8279擴展出雙8位的數字表頭，一個用來顯示交變磁場頻率，另一個由軟件控製根據不同的磁場顯示不同數值。當測量穩恒場時
，顯示磁場值;當測量脈衝場時，顯示峰值;當測量交變磁場時

，由軟件控製依次顯示正、負峰值及峰峰值

，顯示時間間隔由軟件控製為5s
，當按下顯示暫保持鍵時，保持當前顯示數據
，再次按顯示保持鍵
，顯示下一個數據。

 

參數存儲器X24128與霍爾器件封裝在一起，通過串行總線和主機相連。

 

 

定標電路主要由一個壓控恒流源和提供控製電壓的D/A轉換電路組成。壓控恒流源由兩個高阻型雙運算放大器LM358構成，其原理圖如圖2所示。

圖2：壓控恒流源原理圖

 

從圖中可得出：

 

Iout=—4VIN（mA）

 

式中，VIN由16位D/A轉換器MAX541提供，可在0～2.5V之間以0.04mV的分辨率調節。那麼恒流源電流可在0～10mA之間以0.161μA的分辨率調節，完全可以滿足一般霍爾器件的恒流工作要求。

 

 

為了對不同類型磁場進行高精度測量
，本係統信號處理電路由程控放大電路、數字調零電路、峰值檢測與保持電路組成。處理後信號的采集由MAXlll通道1完成。

 

 

youyuzhizuogongyideyuanyin
，huoerqijianzongyoubudengweidianshicunzai。weileshiyingzidongceliangdexuyao，budengweidianyadebuchangyoushuzitiaolingdianlushixian，qiyuanliturutu4所示。該電路實際上是由兩個運算放大器構成的加減運算電路。在係統初始化時，對不同量程進行調零，並將對應的補償電壓數值存在RAM中;測量過程中量程轉換或手動選擇量程後，可直接查詢相應的數值，由D/A轉換器輸出補償電壓。由於采用了高精度的A/D和D/A轉換器，調零後的不等電位小於0.1mV。

 

為了測量脈衝磁場和交變磁場的峰值，本係統含有由采樣保持器LF398［5］和邏輯控製電路組成的正負峰值檢測保持電路。正峰值檢測保持電路原理圖如圖 5所示。LF398的控製端8的邏輯值E=（A+B）*D，當E為高時LF398處於跟隨狀態，輸出電壓等於輸入電壓;當E為低時LF398處於保持狀態，輸出保持不變。峰值保持電路的工作過程是：當進行數據采集時
，使P2.0置低電平
，P2.1置高，這樣LF398的控製端完全取決於LM319比較器的輸出端。LM319的輸出電平可由LF398的輸出電壓Vo和輸入電壓Vin比較的結果決定。當輸入電壓Vin高於輸出電壓Vo時
，LF398的邏輯控製被置成高電平
，使LF398處於跟隨狀態;當輸入電壓Vin達到峰值而下降時，LF398的邏輯控製端被置成低電平，使LF398處於保持狀態
，從而實現了對“峰值”的保持。在采樣狀態
，為了使保持下來的峰值不被下一個不同的峰值衝掉，當檢測到P1.2被置成低電平（LF398已經取得峰值）時，使 P2.1腳置低電平，從而封鎖了輸入信號。在測量穩恒磁場和交變磁場時，為了提高準確度，常需要轉換量程。每次轉換量程後
，先把P2.0和P2.1置高，使LF398處於跟隨狀態，延時50μs，使得LF398的輸出和輸入相等;然後將P2.0置低
，進入峰值檢測狀態
，即可完成量程轉換。

 

負峰值檢測電路隻是在正峰值檢測電路之前加了一個反相器，邏輯控製部分由P1.3、P2.2、P2.3完成。保持下來的峰值經一個模擬開關CD4051後由MAXlll的通道1檢測。

 

 

由於AT89C52含(han)有(you)三(san)個(ge)定(ding)時(shi)計(ji)數(shu)器(qi)，測(ce)量(liang)頻(pin)率(lv)非(fei)常(chang)簡(jian)單(dan)方(fang)便(bian)，隻(zhi)需(xu)對(dui)調(tiao)零(ling)後(hou)的(de)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)適(shi)當(dang)的(de)放(fang)大(da)，其(qi)後(hou)經(jing)過(guo)一(yi)個(ge)過(guo)零(ling)滯(zhi)回(hui)比(bi)較(jiao)器(qi)整(zheng)形(xing)後(hou)得(de)到(dao)方(fang)波(bo)信(xin)號(hao)，再(zai)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)四(si)分(fen)頻(pin)器(qi)輸(shu)入(ru)到(dao)AT89C52的計數器T1和外部中斷INT0即可。為了更加準確地測量頻率，當信號頻率高於5kHz時用測頻法，即關中斷 INT0
，把定時器TO設定一個時間to，開計數器T1，計數器溢出一次，則把內存中某個單元加1;若to時間內計數值為N1，可求得被測信號的頻率為 4Nl/to。頻率低於5kHz時用測周期法，即關計數器T1
，開定時器TO，中斷INT0以邊沿方式觸發，發生第一次中斷時，TO計時為t1
，再次發生中斷時關掉中斷，此時計數器TO計時為t2，則被測信號的周期T=（t2-t1）/4、f=4/（t2-t1）。為了測較低的信號頻率，可以使TO循環計數。由於加了四分頻，該方法可測小於2MHz的信號。

圖3：儀器軟件流程圖

 

 

儀器軟件采用彙編語言編寫，包括主程序、定標子程序、調零子程序、數據采集子程序、顯示子程序
、鍵盤中斷服務子程序、頻率測量程序


、A/D轉換程序
、D /A轉換程序
、jisuancichangdaxiaozichengxudeng。xitongmorenweizidongceliangmoshi，xuanzezuidaliangcheng。zaijianpanzhongduanchengxuzhong
，butongdejianbeianxia，zhixingbutongdechengxu。zaishujucaijizichengxuzhong
，panduanshifouweishoudong，ruoshizezhijiecaiji，bingbaocunshuju。ruobushizepanduanliangchengshifouheshi，buheshizezhuanhuanliangchengzhongxinceliang
，bingbaocunshangciceliangzhi。ruozhuanhuanhouceliangweiling，shuomingweimaichongchang，yishangcicedezhiweizhun。yinci，duiyumaichongchang，ruozhidaoqichangqiangfanwei
，zuihaoshoudongxuanzeliangcheng。yiqiruanjianliuchengturutu3所示。

 

該gai測ce場chang儀yi以yi單dan片pian機ji為wei核he心xin，采cai用yong串chuan行xing存cun儲chu器qi擴kuo大da了le磁ci場chang測ce量liang範fan圍wei
，采cai用yong壓ya控kong恒heng流liu源yuan技ji術shu解jie決jue了le霍huo爾er探tan頭tou更geng換huan後hou的de定ding標biao問wen題ti。該gai儀yi器qi具ju有you自zi動dong量liang程cheng轉zhuan換huan功gong能neng，並bing能neng同tong時shi測ce量liang磁ci場chang頻pin率lv，其qi磁ci場chang的de測ce量liang範fan圍wei為wei：0.01mT～6T
，測量精度優於量程的±0.2%，特別適合於磁場大
、類型未知的測量場合。