论文部分内容阅读
自1879年霍尔在研究金属导电结构时发现霍尔效应以来，霍尔效应已经成为研究半导体材料导电性能和磁流体发电的理论基础。近年来，由于新型半导体材料和低维物理学的发展，使得人们对霍尔效应的研究取得了许多突破性进展，而且伴随着霍尔效应而产生的各种霍尔元件在自动检测、自动控制和信息技术领域中得到广泛应用，由于霍尔元器件具有精度高、线性度好、温度漂移小、输入与输出之间高度隔离等优点，已经成为目前使用最广泛的磁传感器之一。本文基于霍尔传感器，从测量位移方面开展了以下几个方面的工作：
(1)介绍了霍尔效应的基本原理，阐述了霍尔元件的基本概念和基本类型，重点论述了以霍尔元件为核心的最新霍尔传感器的设计技术及原理，为后续研究工作奠定基础。
(2)基于霍尔元件测量微位移的基本电路设计：由于霍尔元件的输出电压与磁感应强度和控制电流的乘积成线性关系，当磁场为均匀梯度磁场且控制电流恒定时，输出的霍尔电压值与该磁场中的位移成正比，因而可以进行微距离的测量。
(3)霍尔元件用于经典电磁学实验项目中的位移测量：根据霍尔元件用于微位移测量的基本原理，将霍尔元件用于杨氏模量的测量实验，完成了杨氏模量实验仪器的改装，实验结果表明改进方法的正确性和有效性。
(4)基于霍尔传感器用于较大范围的位移精确测量的设计：由于传统霍尔传感器只能用于微位移的测量，但是采用随动机构来带动霍尔传感器跟踪被测体的位移，可以大大扩大位移的测量的范围，且不需要在测量中保持均匀梯度磁场。本文给出了随动机构的测量原理，系统的实现方法，实验结果，构建了数学模型，并对误差进行了分析，其设计思想不仅更好地反映了霍尔效应的本质，且对其它位移传感器有同样的借鉴作用。