新葡萄京娱乐场8455探头可更换的智能磁场测量仪的研制

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新葡萄京娱乐场8455,发布时间:17-02-20 14:11分类:技术文章 标签:涂层测厚仪,测厚仪
在我国涂层测厚仪应用还是很广泛的,随着科技的进步,涂层测厚仪也在不断的改进,技术越来越*进,其测量误差小,可靠性越来越高,无论在制造业还是金属加工业,它都成为了一个必不可少的检测仪器。
涂层测厚仪的*新技术目前,国内国外不管是出名的品牌还是一般的生产厂家,其测厚仪的操作方法均需要如下步骤:1调零,即在特定的零板上调零,或在需要测量的原基材上调零;2根据测量产品的不同测量范围,用适当的测试片调值,以减少测量上的误差。这种方法一般情况下,仪器新购使用时还是没有什么问题的,只是比较繁琐一点。但当探头使用一段时间后,问题*出来了。操作中我们的仪器测量精度大大减小了。很难把握。原因在于产品的原理,这是一个致命的缺陷,即探头是使用一根磁铁绕线圈。通上电流后产生磁场,这个磁场是不规则的。还好,现在有*新型的涂层测厚仪,它采用的是*新的磁感技术。也*是我们知道的霍尔效应,霍尔于1879年发现的。通过研究霍尔电压与工作电流的关系,测量电磁铁磁场、磁导率、研究霍尔电压与磁场的关系,霍尔发现这个电位差UH与电流强度I
H成正比,与磁感应强度B成正比,与薄片的厚度d成反比。这个磁场是*变成规则的。该原理运用在涂层测厚仪上面*无需再调测试片了。特别是测量圆弧的或凹面的产品时,使用更为简单和方便了。
有关涂层检测仪的讲述不仅仅只有这些,当然还有它的选型,特点,原理等,

新品霍尔效应实验仪的升级特点原理

霍尔效应测试仪,是用于测量半导体材料的载流子浓度、迁移率、电阻率、霍尔系数等重要参数,而这些参数是了解半导体材料电学特性必须预先掌控的,因此是理解和研究半导体器件和半导体材料电学特性必备的工具。

升级特点1、高精密度电流源输出电流之精确度可达2nA,如此微小之电流可用于半绝缘材料之量测,即高电阻值材料之量测。2、高精密度电表使用超高精度电表,电压量测能力可达nV等级,上限可达300V,极适合用于量测低电阻值材料。3、外型精简、操作简单外型轻巧、美观大方,磁铁组之极性更换也很灵活容易,独特之液氮容器设计,可确保低温量测之稳定性最佳。4、I-V曲线采用图表的方式,测量探针四点间电流-电压曲线,藉此评判样品的欧姆接触好坏。5、单纯好用之操作画面使用者只需在同一张操作画面中,就可以完成所有的设定,实验结果由软件自动计算得到,并在同一张画面中显示出来,省却画面切换的麻烦,结果可同时得到体载流子浓度(Bulk
Carrier Concentration)、表面载流子浓度(Sheet Carrier
Concentration)、迁移率、电阻率(Resistivity)、霍尔系数(Hall
Coefficient)、等重要实验数据。6、自行开发之弹簧样品夹具,特殊设计之弹簧探针,其强度加强可改善探针与接触点之电气接触,提高量测之可靠度。目的与要求1.
了解霍尔效应测量磁场的原理和方法;2. 观察磁电效应现象;3.
学会用霍尔元件测量磁场及元件参数的基本方法原理1.霍尔效应霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转所产生的。当带电粒子被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直于电流和磁场的方向上产生正负电荷的积累,从而形成附加的横向电场。如图5.1-1所示的半导体试样,若在方向通以电流,在方向加磁场,则在方向即试样、电极两侧就开始积累异号电荷而产生相应的附加电场。电场的指向取决于试样的导电类型。显然,该电场是阻止载流子继续向侧面偏移的。当载流子所受的横向电场力与洛仑兹力相等时,样品两侧电荷的积累就达到平衡。故有其中为霍尔电场,是载流子在电流方向上的平均漂移速度。在此,载流子电量为电子电量。设试样的宽为,厚为,载流子浓度为,则:由5.1-1、5.1-2两式可得:即霍尔电压与乘积成正比,与试样厚度成反比。比例系数称为霍尔系数,它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数,只要测出,以及知道,可按下式计算出(伏特/安培·特斯拉):根据可进一步确定以下参数:由的符号判别半导体样品的导电类型;判别的方法是按图5.1-1所示的和的方向,若测得的<0(即点A`的电位低于点A的电位)则为负,样品属型,反之则为型。由求载流子浓度,即;结合电导率的测量,求载流子的迁移率。迁移率表示单位电场下载流子的平均漂移速度,它是反映半导体中载流子导电能力的重要参数。电导率与载流子浓度以及迁移率之间有如下关系:测出值即可求。在实验中测出,、两电极间电压。已知、间长为,样品截面积,工作电流为,由欧姆定律,得()。其中为电子电量库仑。2.各种附效应及其消除以上讨论的霍尔电压是在理想情况下产生的,实际上,在产生霍尔效应的同时,还伴随着各种附效应,所以实验测到的并不等于真实的霍尔电压值,而是包含着各种附效应所引起的附加电压。如图5.1-2所示的不等势电压降,这是由于测量霍尔电压的电极和的位置很难做到在一个理想的等势面上,因此当有电流通过时,既使不加磁场也会产生附加的电压。但附加电压的符号只与电流的方向有关,与磁场的方向无关,因此,对此附加电压可通过改变的方向予以消除。除此而外还存在由热电效应和热磁效应所引起的各种附效应,不过,这些附效应基本上都与和的方向有关,均可通过对称测量法,即改变和的方向加以消除。即在规定了电流和磁场的正、负方向后,分别测量由下列四组不同方向的和组合的,即:然后求、、和的代数平均值通过上述的测量方法,基本上可以消除附效应,这可由曲线来验证。3.仪器简介:本实验仪器由两部分组成:测试仪和实验仪。
实验仪介绍实验仪由两部分组成(见图5.1-3、图5.1-5)①样品架及电磁铁磁体线包绕向为顺时针。根据线包绕向及励磁电流的方向,可确定磁感应强度的方向,而的大小与的关系由线包上所标决定。一般HB>3.00高斯/安培或特斯拉/安培。样品为半导体硅单晶片,固定在样品架一端。其几何尺寸如图5.1-4:厚度:,宽度,AC电极间距。样品共有三对电极,其中、或、用于测量霍尔电压;、或、用于测量电导;、为样品工作电流电极。样品架有、方向调节功能及读数装置,可调节样品在磁场中的位置。②三个双刀开关、为、IM换向开关;为VH、测量选择开关。IS、IM、VH、与、、的连线见图5.1-3。
测试仪介绍:测试仪面板如图5.1-5所示。测试仪由两部分组成:①两组恒流源”输出”为样品工作电流源。”输出”为励磁电流源。两组电源彼此独立,其输出大小分别由调节旋钮及调节旋钮调节,其值通过”测量选择”按键由同一只数字电流表进行观测。”测量选择”键按下为,弹起为。接至霍尔效应实验仪中换向开关,接至霍尔效应实验仪中换向开关。②直流数字电压表VH为通过A、A`电极测得的样品霍尔电压。为通过A、C电极测得的样品电压,用以计算样品电导率。VH、通过测试仪上切换开关由同一数字电压表进行观测。当VH、输入为零时,由调零旋钮对电压表进行零位调节。当显示器的数字前出现”-“号时,表示被测电压极性为负值。实验时将霍尔效应实验仪中开关接至测试仪中的VH、输入端。内容及步骤1.
仪器调整按图连接、检查线路,并调节样品支架,使霍尔片位于磁场中间;逆时针将、调节旋钮旋至最小;分别将输出、输出接至实验仪中、换向开关;用导线将、输入短接,通过调零旋钮将、显示调零选择、向上关闭为、的正方向。2.
测量内容测绘曲线:保持不变,按要求调节,分别测出不同下的四个值,将数据记录在表格中;测绘曲线:保持不变,测出不同下四个值;测VAC:取,在零磁场下()测,则VAC=10;确定样品导电类型:选、为正向,根据所测得的的符号,判断样品的导电类型数据处理1.磁感应强度H标在线包上。作曲线,由曲线求出,带入,计算出霍尔系数;2.计算载流子浓度n,
其中e为电子电量 库仑;3. 绘制曲线在坐标纸上绘出曲线;4.
计算电导率,及迁移率。1.根据霍尔效应,测量磁感应强度原理,利用提供的仪器测试所给模型测量面上的一维磁分布。测量要求:描绘磁场分布研究所记录的磁与数字信号,(设计表格,在坐标纸上作曲线,写出实验步骤)表示出模拟量与数字信号的对应关系。2.测量电磁铁间隙及其周围的磁场分布。测量要求:首先考虑如何采点,将测量结果分别用表格和曲线表示。本公司主营
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摘要:介绍了一种基于霍尔效应的高精度、宽范围的智能磁场测量仪的硬件组成和软件结构。该仪器具有探头可更换、能自动完成相应定标的特点,具有自动转换量程、自动调零的功能,可实现对稳恒场,交变场正负峰值及峰峰值和频率,脉冲场峰值的测量。
关键词:自动定标 磁场测量 霍尔效应 自动调零 程控放大
基于霍尔效应的磁场测量方法灵敏度高、适应范围宽,既可测量恒定磁场,又可测量交变磁场。但在使用过程中,霍尔探头容易由于人为因素造成损坏,这样就需要更换新的探头。然而不同探头在相同电流下灵敏度不同,需要重新定标。定标过程比较复杂且需要较高精度的专业定标设备,一般用户不具备这种条件。现在国内的同类产品多是在交付用户使用前完成定标,一旦探头损坏就只能返回重新定标。本文介绍一种更换探头后可自动重新定标且具有较高测量精度和较大测量范围的磁场测量仪的硬件组成和软件结构。该测量仪可以完成对稳恒场,脉冲场峰值,交变场正负峰值、峰峰值及其频率的测量,同时具有自动测量功能。1
测量原理霍尔效应的基本原理如图1所示。在Y方向通以电流I,并在Z方向施加磁感应强度为90的磁场,那么载流子在X方向受到洛仑兹力作用而在两端产生霍尔电动势EH。根据霍尔效应制造的霍尔器件是具有一定形状的半导体薄片,其霍尔电动势为:EH=RH(IB0/d)(1)式中,RH为与材料有关的霍尔系数,d为霍尔器件的厚度,I为流过霍尔器件的电流,Bo为外磁场的磁感应强度。对一个霍尔器件而言,在电流I恒定的情况下,EH与外磁场Bo成正比,设比例系数K=RH
。因此,对于不同的霍尔传感器,可以通过改变工作电流I,使其具有相同的比例系数。霍尔器件的定标就是确定霍尔电动势EH与外磁场Bo的比例关系。所以在霍尔器件的线性区,可以通过改变工作电流I,使其达到预先设置的霍尔电动势EH与外磁场Bo的比例关系,从而完成线性区的定标。把对应工作电流下的非线性区霍尔电动势与外磁场Bo作成数据表格存储在一个串行的E2PROM中,测量时就可以通过查表和线性拟合的方法求得外磁场Bo。因此,只需在霍尔器件探头上封装一个串行E2PROM,将该探头的工作电流和对应的非线性区表格存储在其中即可。更换探头后磁场测量仪的CPU可以从E2OPROM中取得该探头的工作电流,然后调节一个可控的恒流源完成定标工作。2
硬件设计该仪器的硬件电路主要由主控电路、定标电路、信号处理与采集电路、频率测量电路等组成。2.1
主控电路主控电路以AT89C52为核心,包括一个双通道A/D转换器MAXlll[1]、两个D/A转换器MAX541[2]、经8279扩展的键盘显示电路、一个定标参数存储器X24128[3]以及与上位机通讯的RS232接口。为了减少干扰,在模拟电路与数字电路之间加有光电隔离电路。A/D转换器MAXlll的一路用来检测调零电路输出,另一路用来采集保持后的感应电压信号。两个D/A转换器MAX541中的一个用来输出霍尔不等位电势的补偿电压,另一个用来控制压控恒流源。经8279扩展六个按键:电源键、定标键、调零键、量程转换键、自动测量键、显示暂停键,键盘以中断方式工作。同时经8279扩展出双8位的数字表头,一个用来显示交变磁场频率,另一个由软件控制根据不同的磁场显示不同数值。当测量稳恒场时,显示磁场值;当测量脉冲场时,显示峰值;当测量交变磁场时,由软件控制依次显示正、负峰值及峰峰值,显示时间间隔由软件控制为5s,当按下显示暂保持键时,保持当前显示数据,再次按显示保持键,显示下一个数据。参数存储器X24128与霍尔器件封装在一起,通过串行总线和主机相连。2.2
定标电路设计及工作原理定标电路主要由一个压控恒流源和提供控制电压的D/A转换电路组成。压控恒流源[4]由两个高阻型双运算放大器LM358构成,其原理图如图3所示。从图中可得出:Iout=—4VIN(mA)式中,VIN由16位D/A转换器MAX541提供,可在0~2.5V之间以0.04mV的分辨率调节。那么恒流源电流可在0~10mA之间以0.161μA的分辨率调节,完全可以满足一般霍尔器件的恒流工作要求。2.3
信号处理与采集电路为了对不同类型磁场进行高精度测量,本系统信号处理电路由程控放大电路、数字调零电路、峰值检测与保持电路组成。处理后信号的采集由MAXlll通道1完成。2.3.1
数字调零电路由于制作工艺的原因,霍尔器件总有不等位电势存在。为了适应自动测量的需要,不等位电压的补偿由数字调零电路实现,其原理图如图4所示。该电路实际上是由两个运算放大器构成的加减运算电路。在系统初始化时,对不同量程进行调零,并将对应的补偿电压数值存在RAM中;测量过程中量程转换或手动选择量程后,可直接查询相应的数值,由D/A转换器输出补偿电压。由于采用了高精度的A/D和D/A转换器,调零后的不等电位小于0.1mV。2.3.2
峰值检测与保持电路为了测量脉冲磁场和交变磁场的峰值,本系统含有由采样保持器LF398[5]和逻辑控制电路组成的正负峰值检测保持电路。正峰值检测保持电路原理图如图5所示。LF398的控制端8的逻辑值E=(A+B)*D,当E为高时LF398处于跟随状态,输出电压等于输入电压;当E为低时LF398处于保持状态,输出保持不变。峰值保持电路的工作过程是:当进行数据采集时,使P2.0置低电平,P2.1置高,这样LF398的控制端完全取决于LM319比较器的输出端。LM319的输出电平可由LF398的输出电压Vo和输入电压Vin比较的结果决定。当输入电压Vin高于输出电压Vo时,LF398的逻辑控制被置成高电平,使LF398处于跟随状态;当输入电压Vin达到峰值而下降时,LF398的逻辑控制端被置成低电平,使LF398处于保持状态,从而实现了对“峰值”的保持。在采样状态,为了使保持下来的峰值不被下一个不同的峰值冲掉,当检测到P1.2被置成低电平(LF398已经取得峰值)时,使P2.1脚置低电平,从而封锁了输入信号。在测量稳恒磁场和交变磁场时,为了提高准确度,常需要转换量程。每次转换量程后,先把P2.0和P2.1置高,使LF398处于跟随状态,延时50μs,使得LF398的输出和输入相等;然后将P2.0置低,进入峰值检测状态,即可完成量程转换。负峰值检测电路只是在正峰值检测电路之前加了一个反相器,逻辑控制部分由P1.3、P2.2、P2.3完成。保持下来的峰值经一个模拟开关CD4051后由MAXlll的通道1检测。2.4
频率测量由于AT89C52含有三个定时计数器,测量频率非常简单方便,只需对调零后的输出信号进行适当的放大,其后经过一个过零滞回比较器整形后得到方波信号,再通过一个四分频器输入到AT89C52的计数器T1和外部中断INT0即可。为了更加准确地测量频率,当信号频率高于5kHz时用测频法,即关中断INT0,把定时器TO设定一个时间to,开计数器T1,计数器溢出一次,则把内存中某个单元加1;若to时间内计数值为N1,可求得被测信号的频率为4Nl/to。频率低于5kHz时用测周期法,即关计数器T1,开定时器TO,中断INT0以边沿方式触发,发生第一次中断时,TO计时为t1,再次发生中断时关掉中断,此时计数器TO计时为t2,则被测信号的周期T=(t2-t1)/4、f=4/(t2-t1)。为了测较低的信号频率,可以使TO循环计数。由于加了四分频,该方法可测小于2MHz的信号。3
仪器的软件设计仪器软件采用汇编语言编写,包括主程序、定标子程序、调零子程序、数据采集子程序、显示子程序、键盘中断服务子程序、频率测量程序、A/D转换程序、D/A转换程序、计算磁场大小子程序等。系统默认为自动测量模式,选择最大量程。在键盘中断程序中,不同的键被按下,执行不同的程序。在数据采集子程序中,判断是否为手动,若是则直接采集,并保存数据。若不是则判断量程是否合适,不合适则转换量程重新测量,并保存上次测量值。若转换后测量为零,说明为脉冲场,以上次测的值为准。因此,对于脉冲场,若知道其场强范围,最好手动选择量程。仪器软件流程图如图6所示。该测场仪以单片机为核心,采用串行存储器扩大了磁场测量范围,采用压控恒流源技术解决了霍尔探头更换后的定标问题。该仪器具有自动量程转换功能,并能同时测量磁场频率,其磁场的测量范围为:0.01mT~6T,测量精度优于量程的±0.2%,特别适合于磁场大、类型未知的测量场合。(end)

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