直流激励时霍尔式传感器位移特性实验
实验二 直流激励时霍尔式传感器位移特性实验
直流激励时霍尔式传感器位移特性实验一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。
二、基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势U H＝K H IB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它的电势会发生变化，利用这一性质可以进行位移测量。
三、需用器件与单元：主机箱、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头。
四、实验步骤：附：测微头的组成与使用测微头组成和读数如图3—1测微头读数图图3—1测位头组成与读数测微头组成：测微头由不可动部分安装套、轴套和可动部分测杆、微分筒、微调钮组成。
测微头读数与使用：测微头的安装套便于在支架座上固定安装，轴套上的主尺有两排刻度线，标有数字的是整毫米刻线(1ｍｍ／格)，另一排是半毫米刻线(０.５ｍｍ／格)；微分筒前部圆周表面上刻有50等分的刻线(０.０１ｍｍ／格)。
用手旋转微分筒或微调钮时，测杆就沿轴线方向进退。
微分筒每转过1格，测杆沿轴方向移动微小位移０.０１毫米，这也叫测微头的分度值。
测微头的读数方法是先读轴套主尺上露出的刻度数值，注意半毫米刻线；再读与主尺横线对准微分筒上的数值、可以估读1／10分度，如图3—1甲读数为３.６７８ｍｍ，不是３.１７８ｍｍ；遇到微分筒边缘前端与主尺上某条刻线重合时，应看微分筒的示值是否过零，如图3—1乙已过零则读２.５１４ｍｍ；如图3—1丙未过零，则不应读为２ｍｍ，读数应为１.９８０ｍｍ。
测微头使用：测微头在实验中是用来产生位移并指示出位移量的工具。
一般测微头在使用前，首先转动微分筒到１０ｍｍ处(为了保留测杆轴向前、后位移的余量)，再将测微头轴套上的主尺横线面向自己安装到专用支架座上，移动测微头的安装套(测微头整体移动)使测杆与被测体连接并使被测体处于合适位置(视具体实验而定)时再拧紧支架座上的紧固螺钉。
当转动测微头的微分筒时，被测体就会随测杆而位移。
1、霍尔传感器和测微头的安装、使用参阅实验九。
按图3-2示意图接线(实验模板的输出ＶＯ１接主机箱电压表的Ｖｉｎ)，将主机箱上的电压表量程(显示选择)开关打到２ｖ档。
南昌大学传感器实验报告四 霍尔式传感器的静态位移特性—直流激励
实验四 霍尔式传感器的静态位移特性—直流激励一、实验目的了解霍尔式传感器的原理与特性。
二、所需单元及部件霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、V /F 表、直流稳压电源，测微头、振动平台。
有关旋钮的初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置2V 档，直流稳压电源置2V 档，主、副电源关闭。
三、实验步骤：（1）了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号，霍尔片安装在实验仪的振动圃盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔式传感器。
（2）开启主、副电源将差动放大器调零后，增益置接近最小，使得霍尔片在磁场中位移时V /F 表读数明显变化，关闭主，副电源，根据图1接线，W 1、r 为电桥单元的直流电桥平衡网络。
（3）装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。
（4）开启主、副电源，调整W1使电压表指示为零。
（5）上下旋动测微头，记下电压表读数，建议每隔0.2mm 读一个数，将读数填入下表：作出V —X 曲线，指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。
可见，本实验测出的实际上是磁场情况，它的线性越好，位移测量的线性度也越好，图1 接线图它的变化越陡，位移测量的灵敏度也越大。
（6）实验完毕，关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。
四、实验数据及处理V—X曲线从图中可以看出：线性范围电压为，位移为用最小二乘法求得拟合直线方程：y=0.1851x -2.209灵敏度：a=—0.1851线性范围：-0.114V——0.146V五、心得体会通过实验我们更深程度的了解了霍尔传感器的特性。
对霍尔传感器的对线性度，灵敏度等概念也有了进一步的理解。
实验中灵敏度也是比较大的，线性度也比较好，说明霍尔传感器所在的磁感应强度比较理想。
在多次测量数据后，通过matlab工具进行数据处理，得出的曲线更接近霍尔传感器的固有特性。
但是我们实际运用的时候只是用三分之一的量程到三分之二量程这一段。
霍尔式传感器的直流激励特性
三、实验效果分析（包过仪器设备等使用效果）三、实验效果分析：由实验数据知在中心位置处霍尔传感器的灵敏度最高，其灵敏度为：S=dy/dx=0.03v/0.2mm=0.15v/mm 线性度为： = 100%=0.01/5.2 *100%=0.192%;由MATLAB图形知线性范围为5.4MM—10.6MM。
教师评语指导教师年月日江西师范大学物理与通信电子学院教学实验报告专业：电子信息工程2010年 4 月28日实验名称霍尔式传感器的直流激励特性指导老师姓名年级08级学号成绩一、预习部分1、实验目的2、实验基本原理3、主要仪器设备（包含必要的元器件、工具）一、实验目的：1.了解霍尔式传感器的原理与特性。
二、实验原理：霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度有头磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成，当霍尔元件通过恒定电流时霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X，所以没得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。
三、主要仪器设备霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F／V表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源二、实验操作步骤1．实验数据、表格及数据处理2．实验操作过程（可以用图表示）3．结论1.实验数据、表格及数据处理如下：实验中应该注意的事项：①由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。
②一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。
③激励电压不能过大，以免损坏霍尔片。
x=[3.8:0.2:13.8 ];y=[-38,-38,-38,-38,-36,-35,-34,-33,-31,-28,-26,-23,-20,-17,-14,-10,-6,-4,0,3,7,10,14,18,22,25,30,34,37,41,45,48,51, 54,57,59,61,62,63,64,65,66,66,67,67,67,67,68,68,68,68];a=polyfit(x,y,1);xi=3.6:0.0001:13.8;yi=polyval(a,xi);plot(x,y,'go','MarkerEdgeColor','k','MarkerFaceColor','g','MarkerSize',5)xlabel('位移/mm','fontsize',10);ylabel('电压/mV','fontsize',10);axis([3.6 13.8 -38 68])hold onplot(xi,yi,'linewidth',0.1,'markersize',1)legend('原始数据点','拟合曲线')plot(x,y) 2、实验操作过程如下：（１）了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。
直流激励时接触式霍尔位移传感器特性实验
实验三直流激励时接触式霍尔位移传感器特性实验一、实验目的了解霍尔位移传感器原理与应用。
二、基本原理根据霍尔效应，霍尔电势U H=K H IB，保持K H、I不变，若霍尔元件在梯度磁场B中运动，且B是线性均匀变化的，则霍尔电势U H也将线性均匀变化，这样就可以进行位移测量。
三、需用器件与单元霍尔传感器实验模板、线性霍尔位移传感器、直流电源±4V、电源±15V、测微头、数显单元。
四、实验步骤1、将霍尔传感器按图8-1 安装。
霍尔传感器与实验模板的连接按图8-2进行。
①、③为电源±4V（或单元5V），②、④为输出，R1与④之间可暂时不接。
图8-1 霍尔传感器安装示意图2、开启电源，接入±15V电源，将微测头旋至10mm处，左右移动微测头使霍尔片处在磁钢中间位置，即数显表电压指示最小，拧紧测量架顶部的固定螺钉，接入R1与④之间的连线，调节Rw2使数显表指示为零（数显表置2V档）。
图8-2 霍尔传感器与实验模板连线图3、旋转微测头，每转动0.5mm 记下数字电压表读数，并将读数填入表8-1中，将测微头回到10mm 处，反向旋转测微头，重复实验过程，填入表8-1中。
五、实验结果分析与处理1、 记录数显表数值如下：表3-1：霍尔传感器位移量与输出电压的关系：X （mm ） 7.07.5 8.0 7 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 V （mV ） 172 136 106 79 53 27 0 -28 -59 -92 -124 -151 -1652、由数据绘出霍尔传感器位移量与输出电压特性曲线如下图8-3 霍尔传感器位移量与输出电压特性曲线3、（1）计算系统灵敏度：在)10,0.7[∈X 区间，ΔV=（172-136）+（136-106）+•••+（27-0）/6=172/6=28.67mVΔX=0.5mm灵敏度S=ΔV/ΔX=57.34mV/mm在]0.13,0.10(∈X 区间，ΔV=（28-0）+（59-28）+。
霍尔位移传感器直流激励特性研究
霍尔位移传感器直流激励特性研究【摘要】本试验通过设计电路研究直流激励时霍尔位移传感器位移与电压值函数关系。
【关键词】霍尔位移传感器直流激励引言：利用传感器测试微小位移量有多种方法，本试验利用霍尔元件设计放大电路研究直流激励时霍尔式位移传感器其位移量与输出电压的定量关系，相比于同类实验其优点是电路设计简单，准确度较高，电路元器件价格较低。
1.试验原理根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，保持KH、I不变，若霍尔元件在梯度磁场B中运动，且B是线性均匀变化的，则霍尔电势UH也将线性均匀变化，而UH正比于位移量X，这样就可以利用UH的变化进行位移量X的测量。
设计实现以上原理的试验电路如下试验电路主要由主机箱（稳压电源、电压表）、传感器试验台（霍尔式位移传感器、振动盘、测微杆）、应变/平衡网络/温度模块、仪表放大器模块等组成。
2.试验数据3.试验结论将实验数据进行线性拟合其通过拟合出来的直线关系为U= 2.5025X + 0.0213.3.1 计算其灵敏度S [2]：灵敏度定义为测量元件的输出u相对于其输入x的变化率，故而全桥电路中金属箔应变片的灵敏度为：S=du/dx ，而由绘制的曲线可知S= 2.5025，近似为一个常数。
霍尔式位移传感器位移量与输出电压的特性曲线图3.2 计算其非线性误差δ[3]：由上面计算可得U=SX，U= 2.5025X+0.0213≈2.5*X 于是计算可得：U（0）=0V，U（1.0）=2.5V，U（2.0）=5.0V，U（3.0）=7.5V，U（4.0）=10.0V由此可得在各处的非线性误差为：E（0）=0.000V，E（1.0）=-0.01V，E（2.0）=0.01V，E（3.0）=0.06V，E（4.0）=0.03V由上面的非线性误差计算可以得出如下结论：在越远离平衡点（0.0mm）处的非线性误差越大，测量结果的非线性越明显，测量结果也就越不准确。
参考文献[1] 刘迎春，叶湘滨.现代新型传感器原理与应用.北京：1998年1月版；15-23.[2] 袁长坤.物理量测量.北京：2004年1月第一版；59-65和213-215.[3] 陈世涛.大学物理实验教程.四川：2011年2月第一版；4-19.。
直流激励时霍尔式传感器的位移特性试验
3
实验实训要求
■必修□选修□其他
实验实训指导教师
朱良学
考核方法
实验数据的正确记录及实训报告
项目建立时间
2014年9月
实验实训教材或指导书
■有□无
教材或指导书名称及版本
传感器实训指导书
实验实训内容
简介
（目的、要求、
内容）
训练目的：
掌握霍尔式传感器测量位移的原理和方法
场地要求及安全要求：
1.保持干净干燥
酒泉职业技术学院实验实训项目卡
系（部）机电工程系实验实训室传感器技术实训室指导教师：朱良学№.6
实验实训项目名称
直流激励时霍尔式传感器的位移特性试验
性
质
□基础课
□专业基础课
■专业课
类
别
■验证性
□设计性
□综合性
实验（实训）时数
2
所属课程
信息检测与控制
同时实验（实训）组数
8
面向专业
电气自动化；电子信息；应用电子
2.正确接线
3.安全用电
教学组织及内容：
1．将霍尔传感器安装固定在静态支架上，并固定好测微头。
2．完成霍尔传感器以及实验模块的接线。
3．实验模块接入模块电源15V（从主控箱引入），检查无误后，开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置，再调节Rw1使电压表指示为零，若无法调零则交换放大器两端输入接线。
4．旋转测微头向轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表。
主要实验
实训设备
名称
型号规格
数量
名称
型号规格
数量
霍尔传感器实验模块
8
测微头
直流激励霍尔传感器实验报告
9.5 0.113079
ΔLmax
yFS
δL
10.5 -0.134341 11 -0.099551 11.5 0.045239 12 0.04281 12.5 -0.005335 13 -0.03348 13.5 -0.021625 14 0.00023 14.5 0.042085
1.8 11.5
44.3 7.2
61.9 5.1
62.2 3.9
61.1 2.5
59.3 1.8
54.8 1.3
X/mm
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
V/mv
正行程 反行程
38.4 0.3
25.3 0.1
-2.1 -3.2
-54.8 -134.2 -60 -140
-247 -260
-412 -470
-0.22008 3.5722 -6.161%
0.5 -0.029736 1 -0.028031
1.5 -0.024126 2 -0.019321
2.5 -0.014716 3 -0.009411
3.5 -0.003906 4 0.001299
4.5 0.007204 最大偏差
满量程输出 非线性误差
=
������‘(������)
由公式可看出它就是输出—输入特性曲线的斜率，在这里用理论拟合直线的
斜率代替，因此可得到三个灵敏度
k1=12.01mv/mm
k2=789.58 mv/mm
5、迟滞误差
k3=83.71 mv/mm
迟滞指正反行程中输出—输入特性曲线的不重合程度，用最大输出差值
实验7 霍尔式传感器的特性-直流激励
电子信息工程系实验报告课程名称：传感与检测实验项目名称：实验7 霍尔式传感器的特性-直流激励 实验时间：2012-6-11班级：电信092 姓名：XXX 学号：910706201实 验 目 的:了解霍尔式传感器的原理与特性。
实 验 环 境:霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F/V 表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源。
实 验 原 理:霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。
当霍尔元件通过恒定电流时，霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V 取决于其在磁场中的位移量X ，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。
有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置20V 档，直流稳压电源置2V 档，主、副电源关闭。
实 验 步 骤 及 结 果：(1)了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。
霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器。
(2)开启主、副电源将差动放大器调零后，增益最小，关闭主电源，根据图接线，W1、r 为电桥单元的直流电桥平衡网络。
(3)装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。
(4)开启主、副电源，调整W1使电压表指示为零。
(5)上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.2mm 读一个数，将读数填入下表： X(mm) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 V(mV) -1.592 -1.428 -1.266 -1.093 -0.939 -0.776 -0.617 -0.467 -0.306 -0.163 -0.001 X(mm) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 V(mV)0.1530.3010.4710.6240.7910.9531.1211.3031.4751.665使用Matlab 软件，根据表格中V 与X 间的关系，作出V —X 曲线指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。
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直流激励时霍尔式传感器位移特性实验
一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。
二、基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势U H=K H IB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它
就可以进行位移测量。
三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源±4V、±15Ｖ、测微头、数显单元。
四、实验步骤：
1、将霍尔传感器按图5-2安装。
霍尔传感器与实验模板的连接按图5-3进行。
1、3为
电源±4Ｖ，2、4为输出。
作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。
用最小二乘法对实验数据进行处理，并绘出V-X曲线，程序如下：
t=[0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8];
y=[-0.966 -0.978 -0.984 -0.988 -0.993 -0.997 -1.001 -1.006 -1.010 -1.015];
[P,S] = polyfit(t,y,1)
t1=0:0.01:1.8;
yi=polyval(P,t1);
plot(t,y,'k*',t1,yi,'r')
xlabel('X(mm)');
ylabel('V(V)');
legend('测量数据点','最小二乘拟合线')
运行结果如下：
P =
-0.0248 -0.9715
S =
R: [2x2 double]
df: 8
normr: 0.0069
由结果知灵敏度为0.0248和非线性误差为0.69%
V-X曲线
结论：由上图知霍尔电压与推进距离为线性关系。
五、思考题：
1）本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？
2）请思考解释本实验中的“信号获取电路”的原理及电路参数。
光纤传感器的位移特性实验
一、实验目的：
了解光纤位移传感器的工作原理和性能。
二、基本原理：
本实验采用的是导光型多模光纤，它由两束光纤组成Y型光纤，探头为半圆分布，一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。
两光束混合后的端部是工作端亦即探头，它与被测体相距Ｘ，由光源发出的光通过光纤传到端部射出后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收反射光信号再由光电转换器转换成电压量，而光电转换器转换的电压量大小与间距Ｘ有关，因此可用于测量位移。
三、需用器件与单元：
光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元、测微头、直流源±15V、反射面。
四、实验步骤：
1、根据图6-1安装光纤位移传感器，二束光纤插入实验板上光电变换座孔上。
其内部已和发光
t=[0.51 0.8 0.835 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5];
y=[0.207 0.325 0.35 0.39 0.44 0.475 0.518 0.537 0.56];
[P,S] = polyfit(t,y,1)
t1=0.5:01:1.5;
yi=polyval(P,t1);
plot(t,y,'k*',t1,yi,'r')
xlabel('X(mm)');
ylabel('V(V)');
legend('测量数据点','最小二乘拟合线')
运行结果为：
P =
0.3607 0.0359
S =
R: [2x2 double]
df: 7
normr: 0.0307量程1mm时灵敏度为3.3048和非线性误差为0.0307。
光纤位移传感器的位移特性
结论：由上图知光纤位移传感器输出电压与位移为线性关系。
五、思考题：
1）光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求？
答：被测体表面必须足够光滑，能够形成镜面发射。
2）请思考解释本实验中的“信号获取电路”的原理及电路参数。
光纤传感器测速实验
一、实验目的：
了解光纤位移传感器用于测量转速的方法。
二、基本原理：
利用光纤位移传感器探头对旋转体被测物反射光的明显变化产生的电脉冲，经电路处理即可测量转速。
三、需用器件与单元：
光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元测转速档、直流源±15V、转速调节2-24V，转动源单元。
四、实验步骤：
1、将光纤传感器按图4-5装于传感器支架上，使光纤探头与电机转盘平台中反射点对准。
2、按图6-2，将光纤传感器实验模板输出V01与数显电压表V I端相接，接上实验模板上±15V 电源，数显表的切换开关选择开关拨到2V档。
①用手转动圆盘，使探头避开反射面（暗电流），合上主控箱电源开关，调节R W使数显表显示接近零（≥０）。
②再用手转动圆盘，使光纤探头对准反射点，调节升降支架高低，使数显表指示最大，重复①、②步骤，直至两者的压差值最大，再将V01与转速／频率数显表F in输入端相接，数显表的波段开关拨到转速档。
3、将转速调节2-24V，接入转动电源24V插孔上，使电机转动，逐渐加大转速源电压。
使电机转速盘加快，固定某一转速观察并记下数显表上读数n1。
注意：电机不可满量程24v供电。
4、固定转速电压不变，将选择开关拨到频率测量档，测量频率记下频率读数，根据转盘上的测速点数折算成转速值n2。