霍尔效应实验自主分层次教学探究

为了解决2023版《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》中分层次教学要求与现有仪器设备不完全匹配问题,我们结合本校实际探索了一条低投入高效能的自主化分层次实验教学途径。本文以霍尔效应实验自主化分层次教学实践为例,探究了如何在现有B层次的实验仪器上,细挖深究结合动手改造,开展C层次研究性实验和D层次设计性实验。在霍尔效应副效应研究性实验中,我们评估了所有效应的阶数,并定量测量了副效应引起的附加电势差;在角度传感器设计性实验中,我们完成了基于霍尔效应的角度传感器设计,并发展了一套两参量最小二乘法误差处理方法。自主化分层次实验教学有助于因地制宜地开展实验教学改革,提升实验教学质量。

霍尔效应式力传感器的温度补偿

针对霍尔效应式力传感器温度漂移的问题,提出了混沌自适应鲸鱼优化BP神经网络(CIWOA-BP)的温度补偿新模型。该模型通过Cubic映射作为初始鲸鱼种群生成方法,以提高种群的质量和分布均匀性。引入自适应权重调整鲸鱼的收缩包围机制,提高算法的全局搜索能力和收敛性。利用CIWOA算法对反向传播(back propagation,BP)神经网络的初始权值和阈值进行优化,使模型具有更好的测量精度和稳定性。研究结果表明,温度补偿以后霍尔效应式力传感器的灵敏度温度系数αs由5.08×10^(-3)/℃减少至9.8×10^(-5)/℃,减小了2个数量级,温度附加相对误差由补偿前的19.82%减小到了0.38%,减小了52倍以上,从而有效的减弱了温度对测量结果的影响。

HALL漏磁探伤传感器的研制

基于HALL效应和电磁无损检测原理,对HALL漏磁探伤传感器的磁场信号形成与磁场信号测量进行了分析,在此基础上对传感器的整体结构设计进行了介绍。

霍尔角度传感器的技术特点及其应用

霍尔角度传感器是一种基于霍尔效应的传感器,能够实现精确的角度定位、姿态控制或监测,广泛应用于各种工业和科研领域。文章从霍尔角度传感器基本原理出发,并对霍尔角度传感器的技术特点进行了论述,其具有多种输出方式、响应速度快、非接触式测量、精度和可靠性高等技术特点;同时,重点介绍了霍尔角度传感器在航空航天、军事、汽车电子、智能机器人、工业控制等多种领域和应用场景中的应用情况。随着自动驾驶、机器人技术、可穿戴设备等新兴产业的发展,霍尔角度传感器在智能化、自动化、网络化方向上发展前景广阔。

基于霍尔效应的角度传感器的设计与研究

针对现有霍尔式角度传感器所存在测量精度低等问题。基于对霍尔效应原理的探究,以霍尔电压与磁场方向的关系为基础,设计了一种基于霍尔效应的角度传感器。自制了小型亥姆霍兹线圈以提供稳定磁场,将霍尔探头固定于支撑架上,通过测量霍尔探头旋转不同角度后的霍尔电压实现角度的高精度测量,在旋转角度不大于75°的情况下,最大测量误差为0.1°。将该传感器应用于探究复摆运动,得到复摆角位移与时间关系图像,实现复摆运动状态的准确测量,所测定的摆动周期与理论值的误差仅为2.0%,证明了该装置能够实现快速响应的高精度角度测量。

基于霍尔元件的数字式霍尔电流传感器设计

为了进一步提高数字式电流传感器的测量量程,基于霍尔效应提出了一种数字式霍尔电流传感器的设计方案。利用有限元分析软件对磁芯的磁场分布情况进行仿真分析,得出不同电流激励下磁芯中磁场的分布情况。针对直流电流情况下磁芯气隙中磁场分布不均的问题提出楔形气隙结构的优化方法,仿真结果表明该结构可以有效改善气隙中磁场分布不均的问题。设计传感器样机,通过实验分析了所设计的电流传感器的有效量程及测量误差,实验结果与仿真结果相符。

低压直流断路器脱扣器脱扣效果检测装置设计

文章从应用技术成熟的电磁脱扣器脱扣电磁转换原理出发,利用SS495A线性霍尔效应传感器的优点,设计了一种低压直流断路器的电磁脱扣器脱扣效果检测装置,并提出具体检测方法。通过模拟型霍尔传感器单元采集低压直流断路器脱扣器脱扣线圈电磁吸力,将输出的电压模拟信号通过运算放大电路传至信号检测处理单元,经放大电路处理后的模拟信号进入微处理器对检测结果进行判断,得出脱扣器动作正确与否。本装置的设计可以无需拆卸断路器装置随时对脱扣器进行检测,既保证了供电可靠性又较大提升了检测效率。

基于霍尔效应的电磁式角度编码器的技术研究

针对光电式角度编码器整体可靠性不高的缺陷,文章提出了一种基于霍尔效应的新型电磁式角度编码器。这种新型电磁式角度编码器是在编码器内部的轴系上固定一径向充磁的圆形磁铁,在与磁铁相对应的固定端安置一集成了霍尔敏感元件的磁解码芯片,当轴系带动圆形磁铁转动时,磁解码芯片通过其集成的霍尔型敏感元件将感应到的电磁场变化转换为电信号。文中针对这种新型的电磁式角度编码器介绍了其工作原理及实现方法,最后构建测试系统对电磁式角度编码器的功能进行了测试,进而验证了文章提出技术方案的可行性。

基于反常霍尔效应的片上可集成温度传感器

基于铁磁材料的异质结构已应用在存储、逻辑、磁传感、信息安全等多种重要领域中,极大丰富了自旋电子学的内容,进一步推动了全自旋架构的发展。鉴于温度是影响芯片性能与工作状态的关键因素,开发基于铁磁材料的温度感知技术对现代低功耗芯片的设计与优化具有显著意义。为此,本文提出了一种新型的自旋温度传感器,该传感器基于钨/钴铁硼/氧化镁/钽的铁磁异质结构,通过微纳加工技术制备霍尔条形(Hall bar)器件,研究不同温度下反常霍尔电阻(R_(H))随垂直磁场的变化关系,拟合出相应反常霍尔电阻差值(ΔR_(H))与温度的函数关系,建立了从100 K到490 K的宽温度范围内的ΔR_(H)与温度的定量关系,从而实现对环境温度的感知。最后,本文对器件性能指标进行了表征与评估,并分析了器件测温的微观机制。研究表明该传感器在特定温度条件下经过多次循环读写测试以及长达10000秒的连续读取后,R_(H)值保持高度稳定,证明了其良好的可重复性和稳定性。本文所提出的温度传感器可以在一定精度内满足温度监测与感知的需求,并且具备与其他自旋电子功能器件相集成的能力,为实现芯片工作温度的感知提供了一种有效的技术方案。

一种角度传感器的结构设计与性能验证

操纵杆的工作状态和实时角度等信息是工程机械控制系统的关键参数,其中,角度传感器是获取此种参数的关键部件,为此,设计了一种适用于操纵杆的新型非接触角度传感器。首先,在结构上,使运动部件与电气组件空间分离,经测试达到IP68的防护等级;通过外壳和背板配合实现电路板的双重固定,无需连接件和连接工序,装配方便;通过扇形柱实现机械定位,且修改扇形柱圆心角度数可任意调节转动范围。此外,选择了合适的磁钢,通过仿真验证其合理性。通过向霍尔芯片写入传感器磁系统、温度漂移系数及磁场强度偏移量的方式补偿传感器,并利用线性化工具校正输出以减小对线性误差的影响。通过实验验证性能并与Elobau的424ZE120传感器作比较。结果表明,所设计的基于霍尔效应的GD-868ZE120传感器具有良好的性能,能满足工程机械及其他大部分工业场所的使用要求。

一种基于霍尔效应的方向盘转角传感器设计

以设计一款新型的方向盘转角传感器为目的,首先研究其背景,再分析传感器的运行原理,然后使用CATIA软件绘画出转角传感器各机构的零件图以及总装配图,并用3D打印机打印出模型,接着对模型进行组装,最后对传感器模型进行线路测试得出转角角度与输出电压的关系线图,根据实验数据对传感器的性能进行评估。

浅析霍尔传感器在汽车电路控制系统中的应用

霍尔传感器是汽车构造中非常重要的元件之一,在汽车电路控制系统中具有广泛的应用,显著提升了驾驶的安全性和可靠性,满足了驾驶者对稳定驾驶的多方面需求。文章主要对霍尔效应、霍尔元件和霍尔传感器进行了简要概述,并结合汽车电路的实际情况,详细阐述了霍尔传感器在汽车电路控制系统中的应用情况,希望为汽车电路控制系统的检修提供参考和依据。

无铁芯霍尔芯片检测稳态瞬态电流方法

针对混合型限流熔断器入口铜排的短路电流测试及小型化需求,分别构建了稳态,瞬态电流情况下矩形铜排磁场分布的仿真模型,并从原理上分析了两种不同电流下磁场分布不同的原因。利用COMSOL有限元仿真软件,寻找到稳态、瞬态电流下,幅值为10kA所对应的磁感应强度交点以确定霍尔元件安装位置,并进行实验验证。仿真与实验结果具有良好的一致性,验证了有限元模型的正确性和设计的可行性。霍尔元件输出特性仅与导体电流的大小保持线性关系,电流检测避免使用铁芯材料环绕导体,以使霍尔传感器的体积可大大减小,适用性更加广泛。研究可为直流小型混合熔断器的研发设计提供借鉴。

霍尔电流采集电路的设计与应用

阐述霍尔传感器的设计,它被用于复杂信号的隔离转换,不仅电流的测量范围宽、精度高,且过载能力也比较强,抗干扰能力较强。

基于霍尔传感器阵列的电流测量系统

集磁环的存在导致开环式和闭环式霍尔效应传感器存在磁饱和现象。一种由多个霍尔元件构成圆形阵列方式的传感器阵列电流测量系统,通过测量一次导线产生的磁场计算得到被测电流数值克服了这一现象。首先建立霍尔传感器阵列数学模型,分析霍尔元件数量、载流体偏心引入的误差变化,然后设计加权增益调整电路、移相电路和基于电压反馈的功率放大电路,用于实现大功率信号输出,最后根据试验结果证明,所设计的电流测量系统整体准确度达到0.2级水平。该电流测量系统包含16个霍尔元件,检测电流变比为600 A/5 A,系统功耗仅0.4 W。

小应变三轴试验方法及其在上海软土的初步应用

对软土小应变三轴测试方法进行了整理,对霍尔效应局部位移传感器、LVDT位移传感器、压电陶瓷弯曲元、共振柱仪等小应变刚度测试手段进行了梳理和总结。并利用安装有霍尔效应传感器的三轴仪对上海软土进行了试验,探讨霍尔效应传感器对于测试土体小应变特性的有效性,获得霍尔效应传感器能够得到土体在0.01%~0.1%小应变范围内的弹性模量的结论,并建议今后结合运用LVDT传感器和弯曲元进一步测试土体在应变0.001%~0.01%范围内的特性。

电动汽车永磁无刷轮毂电机磁场定向控制

永磁无刷轮毂电机通常具有接近正弦波形的反电势,适合采用正弦波电流驱动。基于霍尔位置传感器的磁场定向控制应用于此种电机,具有效率高,转矩脉动小等优点。在电动汽车轮毂电机直接驱动应用中,要求避免出现较大的瞬态转矩以及抑制转矩脉动,通过增加前馈控制可有效抑制瞬态较大的转矩的出现,增加死区补偿可有效改善转矩脉动。试验结果表明,基于前馈和增加死区补偿的磁场定向控制应用在电动汽车永磁无刷轮毂电机控制中具有更好的控制效果,消除了瞬时转矩较大变化引起的不平顺,减小了稳态转矩脉动产生的驾驶室噪声。

脉冲检测方法的霍尔传感器在里程表中的应用

里程表应用广泛,机械式里程表有其不足之处。设计智能自动化的里程表,利用霍尔效应原理,在电机中嵌入霍尔传感器,采用脉冲检测的方法实现测量行驶速度与里程,使用倍频电路提高系统的测量精度。设计了用户界面,可以实现超速报警及用户自设定初始上限速度,既可以实现测速也可以利用变频器来控制电机转速,实现了自动化和智能化。

一种低成本的线性霍尔位置检测方法研究

为降低直线伺服系统的成本,提出了利用两个安装位置相差90°电角度的低成本线性霍尔元件检测电机位置的方法,对霍尔元件的安装位置进行了研究.采用有限元法对有铁芯和无铁芯两种结构的圆筒型永磁直线电机的气隙磁场进行了分析,通过对两个分析结果的比较,确定了铁芯影响气隙磁场的区域范围,分析了霍尔元件安装位置对电机位置检测精度的影响.在不同的霍尔元件安装位置条件下,进行了电机位置检测实验,实验结果与有限元分析结果吻合,确定了霍尔元件合适的安装位置.研究结果表明,通过选择合适的霍尔元件安装位置,可以提高该位置检测方法的检测精度.

产科宫颈扩张监测系统的研制

如何能够省力又高效地做好产妇产程期间的监护工作一直是困扰临床产科的基本问题。从产程临床监护的角度上说 ,宫颈开口的大小和时间是评判产程进展情况的一个最直观的指标。然而 ,由于产科方面仪器的相对落后 ,到目前为止国内外采用的仍然是最原始的人工手触摸的方法。这不仅加大了医务人员的工作强度 ,给产妇也带来了不便和交叉感染的可能。为此 ,我们利用现代电子学测量技术 ,结合医用传感器、微处理器和无线发射接收技术 ,设计了一种能够对宫颈扩张进行实时监测的方案 ,从工程上解决了产妇第一产程的监护问题。