一種亥姆霍茨線圈磁場測量系統技術方案

本實用新型專利技術提供了一種亥姆霍茨線圈磁場測量系統，包括測量終端、學生終端和教師終端，所述測量終端包括霍爾傳感器、信號放大器、A/D轉換器、微處理器、第一驅動電路、第二驅動電路、步進電機、機械手、第三驅動電路、亥姆霍茨線圈、溫度傳感器、看門狗電路、蓄電池、太陽能電池板和數據接口。本系統采用霍爾傳感器為測量探頭，通過機械手對霍爾傳感器進行精準定位，并利用微處理器對整個測量終端進行信號處理和控制，系統測量精度高；本系統的學生終端采用虛擬儀器技術，設計獨特，便于學生進行實驗操作，學生終端還可通過局域網與教師終端進行通信；另外，本系統的測量終端可采用太陽能進行供電，具有節能環保的優勢。

【技術實現步驟摘要】
一種亥姆霍茨線圈磁場測量系統
本技術涉及采用霍爾傳感器來測量亥姆霍茨線圈磁場分布的
，尤其涉及一種亥姆霍茨線圈磁場測量系統。
技術介紹
亥姆霍茨線圈一般用來產生指定體積和均勻度的磁場，它是磁場疊加的一種特例。傳統的亥姆霍茨線圈磁場測量系統由亥姆霍茨線圈、亥姆霍茨磁場實驗控制箱及磁場測試儀組成。研究亥姆霍茨線圈的磁場分布實驗已經成為大學物理教學中的基礎性實驗，通過該實驗，能夠讓學生學習并理解感應法測量磁場的原理和方法。傳統的亥姆霍茨線圈磁場測量系統采用的探測線圈體積較大，不能夠精確定位和測量某個點的磁場情況，并且通常采用指針式交流電壓表來測量探測線圈的電壓，測量精度低，誤差大，另外，亥姆霍茨線圈磁場測量系統易受外界環境溫度等因素的影響，進一步影響了測量結果。
技術實現思路
針對上述問題，本技術提出了一種亥姆霍茨線圈磁場測量系統，所述系統的測量終端采用了霍爾傳感器為探頭代替體積較大的探測線圈，采用以ARM芯片為核心的微處理器實現測量終端的控制，利用太陽能對測量終端進行供電，并設有學生終端和教師終端，便于學生進行實驗操作以及教師進行實驗督導，整個系統測量精準、實用性強，智能化水平高。本技術提供的技術方案如下：所述亥姆霍茨線圈磁場測量系統包括測量終端、學生終端和教師終端，所述測量終端包括霍爾傳感器、信號放大器、A/D轉換器、微處理器、第一驅動電路、第二驅動電路、步進電機、機械手、第三驅動電路、亥姆霍茨線圈、溫度傳感器、看門狗電路、蓄電池、太陽能電池板和數據接口。所述霍爾傳感器的輸出端與所述信號放大器的輸入端相連，所述信號放大器的輸出端與所述A/D轉換器的輸入端相連，所述A/D轉換器的輸出端與所述微處理器的輸入端相連，所述微處理器的輸出端與所述第一驅動電路、第二驅動電路和第三驅動電路的輸入端相連，所述第一驅動電路的輸出端與所述霍爾傳感器的輸入端相連，所述第二驅動電路的輸出端與所述步進電機相連，所述步進電機的輸出端與所述機械手相連，所述第三驅動電路的輸出端與所述亥姆霍茨線圈的輸入端相連，所述溫度傳感器的輸出端與所述微處理器的輸入端相連，所述看門狗電路的輸出端與所述微處理器的輸入端相連，所述太陽能電池板的輸出端與所述蓄電池的輸入端相連，所述蓄電池的輸出端與所述微處理器的輸入端相連，所述微處理器的輸出端還與所述數據接口的輸入端相連并實現雙向通信，所述數據接口的輸出端與所述學生終端相連并實現雙向通信，所述學生終端與所述教師終端通過局域網進行通信。優選地，所述微處理器由型號為S3C2410的ARM芯片構成。優選地，所述霍爾傳感器的型號為HAL148，利用霍爾效應制成的霍爾元件能做得薄而小，可伸入狹窄間隙中進行測量，也可用以測量非均勻磁場及交變磁場，測量精度高。優選地，所述看門狗電路由555振蕩電路和74LS123單穩態觸發器構成。優選地，所述A/D轉換器的型號為ICL7135。優選地，所述信號放大器采用低漂移、高輸入阻抗的放大電路。優選地，所述機械手為電驅動式托持型機械手。優選地，所述溫度傳感器用于對所述霍爾傳感器的環境溫度進行監測，其型號為DS18B20。優選地，所述數據接口為RS232C通訊接口。優選地，所述學生終端和教師終端為計算機。本技術中提供的亥姆霍茨線圈磁場測量系統，具有以下有益效果：1.本系統的測量終端采用了性能優異的霍爾傳感器為探頭代替體積較大的探測線圈，通過機械手對霍爾傳感器進行精準定位，并利用以ARM芯片為核心的微處理器對整個測量終端進行信號處理和控制，建立了溫度測量和補償機制，提高了整個系統的測量精度。2.本系統的測量終端可采用太陽能供電方式，設有用于存儲太陽能的蓄電池，系統具有節能環保的優勢。3.本系統設有學生終端和教師終端，學生終端采用虛擬儀器技術，便于學生對測量終端進行控制以及與教師終端進行通信，教師終端用于接收學生終端發送的實驗資料，便于教師批閱和反饋意見，整個系統設計方法獨特，系統設計得到簡化且系統操作界面友好，后期維護、保養與升級都十分方便。附圖說明圖1是本技術亥姆霍茨線圈磁場測量系統的原理框圖。附圖標記：10-測量終端，20-學生終端，30-教師終端，101-霍爾傳感器，102-信號放大器、103-A/D轉換器，104-微處理器，105-第一驅動電路，106-第二驅動電路，107-步進電機，108-機械手，109-第三驅動電路，110-亥姆霍茨線圈，111-溫度傳感器，112-看門狗電路，113-蓄電池，114-太陽能電池板，115-數據接口。具體實施方式如圖1所示的一種亥姆霍茨線圈磁場測量系統，包括測量終端10、學生終端20和教師終端30，所述測量終端10包括霍爾傳感器101、信號放大器102、A/D轉換器103、微處理器104、第一驅動電路105、第二驅動電路106、步進電機107、機械手108、第三驅動電路109、亥姆霍茨線圈110、溫度傳感器111、看門狗電路112、蓄電池113、太陽能電池板114和數據接口115。所述霍爾傳感器101的輸出端與所述信號放大器102的輸入端相連，所述信號放大器102的輸出端與所述A/D轉換器103的輸入端相連，所述A/D轉換器103的輸出端與所述微處理器104的輸入端相連，所述微處理器104的輸出端與所述第一驅動電路105、第二驅動電路106和第三驅動電路109的輸入端相連，所述第一驅動電路105的輸出端與所述霍爾傳感器101的輸入端相連，所述第二驅動電路106的輸出端與所述步進電機107相連，所述步進電機107的輸出端與所述機械手108相連，所述第三驅動電路109的輸出端與所述亥姆霍茨線圈110的輸入端相連，所述溫度傳感器111的輸出端與所述微處理器104的輸入端相連，所述看門狗電路112的輸出端與所述微處理器104的輸入端相連，所述太陽能電池板114的輸出端與所述蓄電池113的輸入端相連，所述蓄電池113的輸出端與所述微處理器104的輸入端相連，所述微處理器104的輸出端還與所述數據接口115的輸入端相連并實現雙向通信，所述數據接口115的輸出端與所述學生終端20相連并實現雙向通信，所述學生終端20與所述教師終端30通過局域網進行通信。所述微處理器104由型號為S3C2410的ARM芯片構成。所述霍爾傳感器101的型號為HAL148。所述看門狗電路112由555振蕩電路和74LS123單穩態觸發器構成。所述第一驅動電路105用于驅動霍爾傳感器101，所述第二驅動電路106用于驅動所述步進電機107，進而控制所述機械手108，所述第三驅動電路109用于驅動所述亥姆霍茨線圈110，并為亥姆霍茨線圈110提供適合的勵磁電流。所述A/D轉換器103選用了具有自校零技術的14BitA/D芯片ICL7135，將采集的霍爾電動勢信號送入微處理器104進行處理。所述信號放大器102采用低漂移、高輸入阻抗的放大電路。所述機械手108用于控制所述霍爾傳感器101在測量時的位置，為電驅動式托持型機械手，所述機械手由步進電機107進行控制，控制指令由所述微處理器104根據實驗者需要發出。所述溫度傳感器111用于對所述霍爾傳感器101的環境溫度進行監測，其型號為DS18B20。所述數據接口115為RS232C通訊接口，用于實現所述本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種亥姆霍茨線圈磁場測量系統，其特征在于：所述亥姆霍茨線圈磁場測量系統包括測量終端、學生終端和教師終端，所述測量終端包括霍爾傳感器、信號放大器、A/D轉換器、微處理器、第一驅動電路、第二驅動電路、步進電機、機械手、第三驅動電路、亥姆霍茨線圈、溫度傳感器、看門狗電路、蓄電池、太陽能電池板和數據接口；所述霍爾傳感器的輸出端與所述信號放大器的輸入端相連，所述信號放大器的輸出端與所述A/D轉換器的輸入端相連，所述A/D轉換器的輸出端與所述微處理器的輸入端相連，所述微處理器的輸出端與所述第一驅動電路、第二驅動電路和第三驅動電路的輸入端相連，所述第一驅動電路的輸出端與所述霍爾傳感器的輸入端相連，所述第二驅動電路的輸出端與所述步進電機相連，所述步進電機的輸出端與所述機械手相連，所述第三驅動電路的輸出端與所述亥姆霍茨線圈的輸入端相連，所述溫度傳感器的輸出端與所述微處理器的輸入端相連，所述看門狗電路的輸出端與所述微處理器的輸入端相連，所述太陽能電池板的輸出端與所述蓄電池的輸入端相連，所述蓄電池的輸出端與所述微處理器的輸入端相連，所述微處理器的輸出端還與所述數據接口的輸入端相連并實現雙向通信，所述數據接口的輸出端與所述學生終端相連并實現雙向通信，所述學生終端與所述教師終端通過局域網進行通信。...

【技術特征摘要】
1.一種亥姆霍茨線圈磁場測量系統，其特征在于：所述亥姆霍茨線圈磁場測量系統包括測量終端、學生終端和教師終端，所述測量終端包括霍爾傳感器、信號放大器、A/D轉換器、微處理器、第一驅動電路、第二驅動電路、步進電機、機械手、第三驅動電路、亥姆霍茨線圈、溫度傳感器、看門狗電路、蓄電池、太陽能電池板和數據接口；所述霍爾傳感器的輸出端與所述信號放大器的輸入端相連，所述信號放大器的輸出端與所述A/D轉換器的輸入端相連，所述A/D轉換器的輸出端與所述微處理器的輸入端相連，所述微處理器的輸出端與所述第一驅動電路、第二驅動電路和第三驅動電路的輸入端相連，所述第一驅動電路的輸出端與所述霍爾傳感器的輸入端相連，所述第二驅動電路的輸出端與所述步進電機相連，所述步進電機的輸出端與所述機械手相連，所述第三驅動電路的輸出端與所述亥姆霍茨線圈的輸入端相連，所述溫度傳感器的輸出端與所述微處理...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭立強，劉戀，
申請(專利權)人：淮陰師范學院，
類型：新型
國別省市：江蘇,32