高精度数字特斯拉计设计.pdf

传感器与微系统( Transducer and Microsystem Technologies
2015年第34卷第3期
DOI:10.13873/J.1000-9787(2015)03-0120-03
高精度数字特斯拉计设计
肖鹏,李龙,余晓曦,王,白凌志,廖欧
(中国测试技术研究院电子研究所,四川成都610021
摘要:介绍了一种高精度、低成本的数字特斯拉计的系统结构。该仪器设计了髙稳定度的恒流源驱动
砷化铟霍尔传感器,采用自稳零、低噪声的放大器对信号进行拾取、放大、调理,对采集信号进行自适应调
节放大倍数,得到的电压信号经D转换后利用曲线拟合技术对数据进行修正,从而保证在整个量程范
围内的髙精度和高分辦率。经检测和使用证明:该仪器稳定可靠,精度高。
关键词:数字特斯拉计;翟尔效应;恒流源;放大器;最小二乘法
中图分类号:TM936
文献标识码:B
文章编号:1000-9787(2015)083-0120-083
Design of high precision digital Tesla meter
XIAO Peng, LI Long, YU Xiao-xi, WANG Wei, BAI Ling-zhi, LIAO Ou
(Electronic Research Institute, National Institute of Measurement and Testing Technology
Chengdu 610021, China
Abstract Introduce a high-precision, low-cost digital Tesla meter system architecture. The instrument is designed
with high stability constant current source driver INAS Hall sensors, using auto-zero, low noise amplifiers for signal
pickup, amplification, conditioning, adaptive adjust magnification times, obtained voltage analog signal converts to
digital signa! by A/D conversion(ADC), then using curve fitting techniques for data correction, thus ensure entire
range of high precision and high resolution. Testing and using prove that the instrument is stable, reliable and has
high precision
Key words: digital Tesla meter; Hall effect; constant current source; amplifier; least square method
该仪器主要由霍尔传感器、恒流源、放大电路、AD转
特斯拉计是中強磁场测量的必备设备之一。中强磁场换电路、微控制器(MCU)以及键盘和显示电路组成,如图1
的测量主要有两种方法,一种是核磁共振法山,该方法从所示。利用恒流源驱动霍尔传感器,当有磁场磁力线垂直
原理上大大提高了磁场的测量精度,利用该方法研制的设穿过霍尔片时,将产生微小的感应电动势,采用自稳零、低
备一般作为磁学计量的标准装置;另外一种方法是利用半噪声的前置放大器对霍尔电动势进行拾取,利用主放大器
导体的霍尔效应量磁场2,该方法相比较前者具有测试对信号进行进一步的放大、调理,然后经AD转换送入微
简单方便、成本低廉等优点,广泛适用于各种现场测试。
控制器进行软件修正,并实时显示。
传统的基于霍尔效应的特斯拉计采用简单的放大电路
对霍尔片感应的电压进行放大,然后通过数字表头进行显
流源十口尔传感器
前資煎大
主放大器
A/D换
示,整个仪器的调零和校雅都采用外置电位器进行调节,结
构复杂且精度低。本文在借鉴国内外特斯拉计优点的基础
键、LCD显示
微控器(MCU
上,设计了一种高精度数字特斯拉计,该仪器具有测量精度
图1总体框图
高、结构简单、成本低等特点,实现了特斯拉计的数字化。
Fig I General block diagram
1总体设计
2硬件单元电路的设计
该仪器的设计原则以实用、可靠为出发点,同时要便于2.1霍尔元件的选择
生产调试。在保证低成本的前提下,满足0.5%的测量精
尔元件一般采用具有N型的锗、锑化铟和砷化铟等
度并兼顾高分辦率的要求,仪器最小分辨率为0.001mT。
半导体单晶材料制成。由于砷化铟元件的输出信号没有锑
收稿臼期:2014-08
*基金项目:四川省科技支撑计划资助项目(201470001)