大学物理实验系列——集成霍尔传感器与简谐振动讲义.pptx

集成霍尔传感器与简谐振动集成霍尔传感器与简谐振动物理实验中心物理实验中心实实 验验 目目 的的学习用学习用静态伸长法静态伸长法测量弹簧的倔强系数。测量弹簧的倔强系数。了了解解集集成成霍霍尔尔传传感感器器的的基基本本组组成成部部分分和和工作原理。工作原理。学学会会用用开开关关型型集集成成霍霍尔尔传传感感器器测测量量弹弹簧簧振振子子的的振振动动周周期期，并并计计算算弹弹簧簧的的倔倔强强系系数。数。胡克定律胡克定律:F=-Kx；其中，；其中，K 是弹簧的倔强系数是弹簧的倔强系数。弹簧简谐振动周期弹簧简谐振动周期：1.1.弹簧倔强系数的测量弹簧倔强系数的测量实实 验验 原原 理理其中其中,M 为弹簧的有效质量为弹簧的有效质量;M1为弹簧自由端上挂的物体的质量。为弹簧自由端上挂的物体的质量。线性霍尔传感器内部结构示意图2.2.集成霍尔传感器集成霍尔传感器 它是霍尔效应与集成电路技术结合制成的一种磁敏传感器。根据输出信它是霍尔效应与集成电路技术结合制成的一种磁敏传感器。根据输出信号的方式号的方式可分为可分为线性型和开关型线性型和开关型两种。两种。（1）线性型霍尔传感器）线性型霍尔传感器 集成开关型霍尔传感器内部结构框图（2）开关型霍尔传感器）开关型霍尔传感器 集成开关型霍尔传感器的工作特性曲线霍尔开关的霍尔开关的“开开/关关”的状态通过霍尔电压随的状态通过霍尔电压随外界磁感应强度的变化而变化外界磁感应强度的变化而变化实现翻转实现翻转。（2）开关型霍尔传感器）开关型霍尔传感器 将将集集成成开开关关型型霍霍尔尔传传感感器器固固定定，利利用用磁磁钢钢作作简简谐谐振振动动时时，集集成成开开关关型型霍霍尔尔传传感感器器产产生生的的电电脉脉冲冲控控制制计计数数器器计计时时，可可实实现现对对弹弹簧簧振子振动周期的测量。振子振动周期的测量。3.3.集成开关型霍尔传感器集成开关型霍尔传感器测量周期的原理测量周期的原理实验内容及仪器介绍实验内容及仪器介绍1.用焦利秤测量弹簧用焦利秤测量弹簧的倔强系数的倔强系数弹簧弹簧砝码托盘砝码托盘小反射镜小反射镜底座调节螺钉底座调节螺钉游标卡尺游标卡尺锁紧螺钉锁紧螺钉小指针小指针砝码托盘砝码托盘固定旋钮固定旋钮固定架固定架1.调整底脚螺钉使实验装置铅直；调整底脚螺钉使实验装置铅直；2.调节砝码盘指针靠近游标尺上的反射镜；调节砝码盘指针靠近游标尺上的反射镜；3.读读数数时时使使反反射射镜镜上上的的刻刻线线和和砝砝码码盘盘指指针针及及其像重合；其像重合；4.加减砝码应保持砝码盘水平。加减砝码应保持砝码盘水平。如如 何何 正正 确确 读读 数数 2.2.利用集成霍尔传感器特性测量架和实验仪观测集利用集成霍尔传感器特性测量架和实验仪观测集成霍尔传感器输出特性成霍尔传感器输出特性 (1)测开关型集成霍尔传感器工作距离及和释放距离测开关型集成霍尔传感器工作距离及和释放距离霍霍尔尔开开关关型型传传感感器器 磁钢磁钢集成霍尔传感器特性测量架集成霍尔传感器特性测量架（2）用线性霍尔传感器测量霍尔开关的工作点和释放点的磁场）用线性霍尔传感器测量霍尔开关的工作点和释放点的磁场线线性性霍霍尔尔传传感感器器 不加磁场时使线性型霍尔传感器输出为不加磁场时使线性型霍尔传感器输出为2.500V。将线性型霍尔传感器放在开关型霍尔传感器的工作距离将线性型霍尔传感器放在开关型霍尔传感器的工作距离 和释放距离上，测其输出电压和释放距离上，测其输出电压U与磁感应强度与磁感应强度B的关系为的关系为其中其中,K,KH H为线性霍尔传感器的灵敏度。为线性霍尔传感器的灵敏度。(3)用开关型霍尔传感器和实验仪用开关型霍尔传感器和实验仪测量振动周期测量振动周期磁钢磁钢砝码砝码霍尔开关型霍尔开关型传感器传感器 锁紧螺钉锁紧螺钉集成霍尔传感器与间谐振动实验仪集成霍尔传感器与间谐振动实验仪要求：要求：1.砝码下加一个小磁钢，测其振动周期。砝码下加一个小磁钢，测其振动周期。2.再加一个大磁钢，测其振动周期。再加一个大磁钢，测其振动周期。注意事项注意事项1.1.正确安装游标尺，防止摔坏小反射镜；正确安装游标尺，防止摔坏小反射镜；2.2.传感器正负极不能接错；传感器正负极不能接错；3.3.集成霍尔传感器对磁极方向有要求；集成霍尔传感器对磁极方向有要求；4.4.测周期时测周期时磁钢要正对霍尔传感器磁钢要正对霍尔传感器，拉弹簧，拉弹簧时一定要时一定要竖直向下竖直向下；5.5.振动开始后要一直监视霍尔传感器，振动开始后要一直监视霍尔传感器，避免避免计数器漏记计数器漏记；6.6.实验所用小零件较多，实验所用小零件较多，谨防丢失谨防丢失。注意：实验所用的小零配件较多，谨防丢失。注意：实验所用的小零配件较多，谨防丢失。砝码砝码12个个磁钢磁钢2个个托盘、镊子、弹簧及弹簧套各托盘、镊子、弹簧及弹簧套各1个个实验前后仔细清点。实验前后仔细清点。谢 谢