[發(fā)明專利]霍爾效應(yīng)及磁場測定實驗裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110369795.X
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102509501A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李松濤;任芝
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)(保定)
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大學(xué)物理實驗裝置，主要涉及一種用霍爾效應(yīng)測量磁場的實驗數(shù)據(jù)的采集、傳送和實時處理系統(tǒng)，屬于大學(xué)物理實驗儀器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

美國物理學(xué)家霍爾于1879年在實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時，在導(dǎo)體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現(xiàn)電勢差，這一現(xiàn)象被稱作霍爾效應(yīng)，相應(yīng)的電勢差被叫做霍爾電勢差(又稱作霍爾電壓)。后來人們發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬強(qiáng)得多，因此人們使用半導(dǎo)體材料制成霍爾傳感器(又稱作霍爾元件)，它具有對磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點，因此，在測量、自動化、計算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

在大學(xué)物理實驗教學(xué)中，可以使用霍爾元件對半導(dǎo)體類型、載流子濃度等進(jìn)行測量，而利用霍爾效應(yīng)測量非均勻磁場已成為大學(xué)物理基本實驗之一。在目前的霍爾效應(yīng)及磁場測定實驗中，學(xué)生通過移動霍爾元件在磁場中的位置，讀取霍爾電壓V_H，通過手抄記錄在實驗數(shù)據(jù)記錄紙上；下課后，通過磁感強(qiáng)度B和霍爾電壓V_H的關(guān)系式計算得到磁感強(qiáng)度：

B=VHdRHIs]]>

式中，R_H表示霍爾系數(shù)，I_s表示通過霍爾元件的電流，d表示霍爾元件的厚度。

這樣的實驗過程存在三個問題，第一：對于學(xué)生的實驗掌握程度不易了解，眾所周知，學(xué)生之間的抄襲現(xiàn)象是普遍存在的，如果學(xué)生在實驗后抄襲了他人的實驗數(shù)據(jù)，并以此來提交實驗報告，實驗老師對此并不能及時發(fā)現(xiàn)，因為學(xué)生的數(shù)據(jù)記錄過程完全是獨立于老師的，這樣導(dǎo)致的后果就是老師對于學(xué)生的實驗掌握程度不能具有一個很好的了解，進(jìn)而導(dǎo)致對于教學(xué)質(zhì)量的評估出現(xiàn)偏差；第二，學(xué)生在數(shù)據(jù)記錄過程中費時、費力，數(shù)據(jù)彼此間分立，容易產(chǎn)生錯誤；第三，實驗教師對學(xué)生數(shù)據(jù)的處理多憑經(jīng)驗，在評分過程中不可避免的出現(xiàn)偏差。

本發(fā)明就是針對上述的問題而提出的，提供一種霍爾效應(yīng)測定磁場實驗數(shù)據(jù)的采集、傳送和實時處理系統(tǒng)，其能夠測量霍爾電壓，而且方便準(zhǔn)確的讀取實驗數(shù)據(jù)、傳送數(shù)據(jù)、實時處理實驗數(shù)據(jù)。在教學(xué)中，可以根據(jù)實驗需要，隨時更改實驗內(nèi)容，簡單、易行。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，提供了一種霍爾效應(yīng)測定磁場實驗數(shù)據(jù)的采集、傳送和實時處理系統(tǒng)，包括：電源、電磁鐵、霍爾元件、直流數(shù)字電流表、直流數(shù)字電壓表、嵌有單片機(jī)的電路板、藍(lán)牙無線傳輸模塊、液晶顯示器、用于實驗數(shù)據(jù)收集和實時處理的計算機(jī)和數(shù)據(jù)處理程序。

霍爾效應(yīng)測定磁場實驗，電源負(fù)責(zé)給電磁鐵、霍爾元件供電，直流數(shù)字電流表監(jiān)測霍爾元件通過的電流，直流數(shù)字電壓表監(jiān)測霍爾電壓，這些都是現(xiàn)有技術(shù)，很成熟，在此不再進(jìn)行贅述。本發(fā)明的特征在于：本霍爾效應(yīng)測定磁場實驗裝置中，直流數(shù)字電壓表同一單片機(jī)相連接，當(dāng)學(xué)生測量得到霍爾電壓時，按下嵌有單片機(jī)的電路板上的“記錄”按鈕，單片機(jī)會將霍爾電壓數(shù)據(jù)實時傳送給并顯示在與其相連接的液晶顯示器上。學(xué)生全部測量所需數(shù)據(jù)后，按“發(fā)送”按鈕，包含上述數(shù)據(jù)和學(xué)生編號和姓名的數(shù)據(jù)包經(jīng)藍(lán)牙發(fā)射模塊發(fā)送到老師的計算機(jī)上，再由計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理。

通過上述裝置，就解決前述的問題，每進(jìn)行一次實驗之后，學(xué)生都能實時的在顯示器上看到該次的實驗數(shù)據(jù)，也即霍爾電壓的數(shù)據(jù)，如果對于實驗結(jié)果不滿意，可直接將數(shù)據(jù)刪除，重新進(jìn)行實驗，其最后看到的是一個整體的全部的實驗數(shù)據(jù)；再者，學(xué)生每次實驗完畢后，都需要將包含有個人信息的實驗數(shù)據(jù)發(fā)送到老師的計算機(jī)上，能夠保證老師看到每個學(xué)生原始的實驗數(shù)據(jù)，有效的防止了學(xué)生之間抄襲現(xiàn)象的發(fā)生；第三，采用此系統(tǒng)，計算機(jī)程序?qū)嶒灁?shù)據(jù)處理并存儲后，可隨時調(diào)用，作為教師在給定實驗報告分?jǐn)?shù)時的客觀依據(jù)，從而進(jìn)行方便、公正的實驗評價。

附圖說明

圖1為霍爾效應(yīng)測定磁場實驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為霍爾效應(yīng)測定磁場實驗裝置數(shù)據(jù)的采集、傳送和接收模塊示意圖；