[發明專利]霍爾探頭有效測量位置的測定方法

有效

• 申請號: 201910008333.1
• 申請日: 2019-01-04
• 公開（公告）號: CN109855521B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 馮峰;瞿體明;馬增賢;母輝;汪林立;楊置榮
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

霍爾探頭有效測量位置的測定方法，屬于磁場測量領域。將標準導線安裝在樣品臺上；霍爾探頭移動到接近標準導線；標準導線通電，并移動霍爾探頭到導線的中心位置；測量已知通電標準導線的中心位置的磁場強度。根據標準導線的磁感應強度B、電流I、高度h和標準導線的尺寸參數的關系式，基于使用的電流值、測得的磁感應強度值和標準導線的尺寸參數值，計算得到霍爾探頭有效測量位置距離探頭底部高度h的值。更優的通過修改電流值多次測量，或通過使用不同寬度的標準導線來進行多次測量，使用數據擬合的方法獲得更高的精度。

技術領域

本發明屬于磁場測量領域，特別涉及霍爾探頭有效測量位置距離探頭底部高度的測定方法。

技術背景

霍爾探頭是一種按照霍爾效應原理設計的測量磁場的傳感器，被廣泛地用于磁場的測量。通過控制系統將其在所測磁場中移動，連續測量不同位置的磁場場強，可以很方便獲得磁場的分布。

霍爾探頭組裝時，在霍爾元件的外部包裹一層保護套，同時為了保護霍爾元件在測量過程中不受破壞，將霍爾元件做成內陷的形式，生產廠商無法提供精確的高度值h。霍爾探頭中的霍爾元件存在安裝精度不高的問題，其安裝高度存在一定的誤差，在磁場隨高度變化不明顯或不關鍵的條件下，霍爾探頭可以取得良好的測量效果。霍爾探頭可用于不同尺寸的磁場測量，在小尺寸的磁場測量過程中，磁場隨高度變化明顯，安裝高度的誤差將會對磁場的測量產生明顯的影響，使得霍爾探頭對磁場測量誤差增大。

發明內容

本發明的主要目的在于彌補上述現有霍爾探頭測量隨高度變化明顯的磁場時誤差較大問題，提出一種霍爾探頭有效測量位置的測定方法，以提高霍爾探頭的測量精度。

本發明為達到上述目的所提出的技術方案如下：一種霍爾探頭有效測量位置的測定方法，包括以下步驟：S1、將標準導線在樣品安裝臺上安裝固定；S2、將標準導線通恒定直流電，電流為I；S3、將霍爾探頭移動接近標準導線表面；S4、使用二維掃描裝置控制霍爾探頭在標準導線上方掃描測量，獲得磁感應強度值最大的位置即標準導線中心位置；S5、將霍爾探頭下移，使探頭底部與標準導線接觸，測量標準導線中心位置在高度h處的磁感應強度值B；S6、根據標準導線的磁感應強度B、電流I、高度h和標準導線的尺寸參數的關系式，計算得到霍爾探頭有效測量位置距離探頭底部高度h的值；更優的，可以通過多次測量并進行數據擬合提高精度。

在本發明的實施例中，還具有如下技術特征：

上述標準導線為厚度均勻的寬導線，其材料為非磁性導體，優選為Cu帶。

標準導線的可選擇厚度在10至100微米范圍內。

標準導線的結構在寬度方向上兩側對稱，中部有沿導線長度方向、寬度不超過0.1毫米的間隙。

標準導線的長寬比大于2，優選的長寬比為10以上。

安裝時標準導線的表面垂直于霍爾探頭所測量磁場方向。所通電流在標準導線的面電流密度在0至5000A/cm范圍內。

測量標準導線上方磁感應強度值最大的位置時，可以采用二維面掃描確定該位置的(X，Y)坐標，也可以采用在X方向進行一維線掃描獲得磁感應強度最大的X坐標，然后在該X坐標進行Y方向一維線掃描獲得磁感應強度最大的Y坐標。

標準導線的磁感應強度B、電流I、高度h和標準導線的尺寸參數的關系式為：

其中，μ₀表示真空磁導率，a為標準導線的寬度，為面電流密度。

更優方案可以通過調整電流I，獲得一系列磁感應強度B隨電流I變化的數據，通過上述的關系式進行擬合計算得到高度h；也可以使用不同寬度的標準導線，獲得一系列磁感應強度B的值隨標準導線寬度a變化的數據，如下關系式進行擬合計算得到高度h：