高斯計
高斯計,又稱高斯計數(shù)器或毫特斯拉計,是一種精密儀器,用于測量物體于空間上一個點(diǎn)的靜態(tài)或動態(tài)磁感應(yīng)強(qiáng)度。其工作原理基于霍爾效應(yīng),即當(dāng)導(dǎo)體帶電流時,若導(dǎo)體兩側(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不同,則會在導(dǎo)體兩側(cè)產(chǎn)生電壓差。高斯計通過霍爾探頭感應(yīng)磁場,產(chǎn)生霍爾電壓,再依據(jù)霍爾電壓公式和已知的霍爾系數(shù)來確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。這種測量方法簡單、快速且準(zhǔn)確,被廣泛應(yīng)用于科研、工業(yè)生產(chǎn)、電子設(shè)備測試等多個領(lǐng)域。
三軸數(shù)字工業(yè)用高斯計帶有完全集成的 1 軸、2 軸、3 軸霍爾探頭的磁通密度測試儀集成了一個高精度磁通密度轉(zhuǎn)換為模擬電壓的傳感器,為測量磁場的三個分量(Bx、By 和 Bz)分別提供高電平、溫度補(bǔ)償輸出信號。數(shù)字模塊被額外應(yīng)用到模擬傳感器上,形成數(shù)字式磁場強(qiáng)度計。數(shù)字模塊的精度為 0.05%,可在設(shè)備上的 LCD 顯示屏上顯示測量值。數(shù)字式磁強(qiáng)計可通過 RS232/USB 串口由主機(jī)自動采集數(shù)據(jù)。
高精度三軸數(shù)字工業(yè)用高斯計的傳感器由兩個模塊組成:霍爾探頭和電纜(模塊 H)電子元件(模塊 E)要建立一個完整的測量系統(tǒng),模塊 E 需要與充足的電源和計算機(jī)相連,以便采集測量數(shù)據(jù)并將其可視化。
典型的3軸特斯拉計/高斯計是通過在磁探頭尖端布置三個磁傳感器來制造的,因此每個磁傳感器具有不同的位置來檢測磁性,因此無法檢測準(zhǔn)確的磁矢量。這個問題的解決方案是一個完全集成的3軸磁傳感器。配備該傳感器的高斯計可以在所有條件下測量精確的 3D 矢量,例如永磁體的接近磁場、小線圈產(chǎn)生的磁場以及以前無法實(shí)現(xiàn)的時間變化。
RM3100的主控芯片13156 ASIC芯片具有連續(xù)測量模式和單次測量輪詢,軟件可配置的分辨率和采樣率,13156能夠操作一個、兩個或三個PNI傳感器線圈。它結(jié)合了兩個I2C和SPI接口為系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。13156主控芯片的輸出本質(zhì)上是數(shù)字的,可以直接接入微處理器(例如ST32系列),消除了信號調(diào)節(jié)或傳感器和微處理器之間的模擬/數(shù)字接口的需要。
主控芯片13156與X和Y軸傳感器線圈13104搭配可以構(gòu)成一個2軸數(shù)字羅盤的基礎(chǔ)。如果再增加一個Z軸傳感器線圈13101,就可以搭建3軸數(shù)字羅盤了,這樣羅盤測量就不會被限制到水平面上。
在實(shí)踐中,每個傳感器線圈作為簡單LR弛豫振蕩電路中的感應(yīng)元件,其中線圈的有效電感與傳感器軸向平行的磁場成正比,LR電路由13156驅(qū)動,13156的內(nèi)部時鐘用于測量電路的振蕩頻率,從而測量磁場。由于RM3100地磁傳感器在頻率域內(nèi)工作,分辨率和噪聲13156的內(nèi)部時鐘計數(shù)(周期計數(shù))的數(shù)量清晰地確定。相比之下,磁通門和MR技術(shù)需要昂貴且復(fù)雜的信號處理才能獲得類似的分辨率和噪聲。
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