1、集成霍耳传感器与简谐振动集成霍耳传感器与简谐振动实实 验验 目目 的的学会用焦利秤测量弹簧的倔强学会用焦利秤测量弹簧的倔强系数。系数。学会用集成霍耳传感器测量弹学会用集成霍耳传感器测量弹簧振子的振动周期，并计算弹簧振子的振动周期，并计算弹簧的倔强系数。簧的倔强系数。实实 验验 原原 理理1.1.测量弹簧倔强系数的原理测量弹簧倔强系数的原理 弹簧在外力的作用下产生形变（伸长或缩短），在弹簧在外力的作用下产生形变（伸长或缩短），在弹性限度内，外力弹性限度内，外力F F 和其形变和其形变X X 成正比，写成成正比，写成F F=-=-KXKX，这就是胡克定律。比例系数这就是胡克定律。比例系数 K K
2、是弹簧的倔强系数。是弹簧的倔强系数。2.2.测量弹簧振子振动周期的原理测量弹簧振子振动周期的原理 在弹性限度内，外力作用在弹在弹性限度内，外力作用在弹簧簧上使其离开平衡位上使其离开平衡位置置少许，外力撤消后弹簧振子将在平衡位置附近作简谐少许，外力撤消后弹簧振子将在平衡位置附近作简谐振动，其振动周期可以通过下式计算振动，其振动周期可以通过下式计算:其中其中,M M1 1为弹簧自由端上挂的为弹簧自由端上挂的物体的物体的质量质量;MM为弹簧的为弹簧的有效质量有效质量;T T 为弹簧振子的振动周期。为弹簧振子的振动周期。KMMT123.3.集成霍尔开关型传感器集成霍尔开关型传感器测量周期的原理测量周期
3、的原理 集成霍尔传感器集成霍尔传感器 利用集成电路工艺把霍尔元件和功利用集成电路工艺把霍尔元件和功能电路集成在一块芯片上制成的磁敏元件能电路集成在一块芯片上制成的磁敏元件 霍尔开关霍尔开关（集成霍尔开关型传感器集成霍尔开关型传感器）由由霍尔元件、霍尔元件、差分放差分放大器大器、施密特触发器及晶体管输出电路等基本部分组成。、施密特触发器及晶体管输出电路等基本部分组成。当施加的磁感应强度的值达到其工作点时，当施加的磁感应强度的值达到其工作点时，霍尔开关霍尔开关输出输出低电压，低电压，磁感应强度的值达到其释放点时，磁感应强度的值达到其释放点时，霍尔开关霍尔开关输出高电输出高电压。两次电压变换输出电脉
4、冲，使压。两次电压变换输出电脉冲，使霍尔开关霍尔开关完成一次开关动作。完成一次开关动作。霍尔开关霍尔开关的输出状态（开和关的动作）通过霍尔的输出状态（开和关的动作）通过霍尔电压随电压随磁感应强度的变化实现磁感应强度的变化实现。将将集成霍尔开关集成霍尔开关型型传感器传感器固定，利用磁钢作简谐固定，利用磁钢作简谐振动时，振动时，霍尔开关霍尔开关产生的电脉冲控制计数器计时，可产生的电脉冲控制计数器计时，可实现对实现对弹簧振子振动周期的测量弹簧振子振动周期的测量。ABCDVCCout集成开关型霍耳传感器方块图集成开关型霍耳传感器方块图A稳压器稳压器 ;B霍尔电压发生器霍尔电压发生器（霍尔片）（霍尔片）
5、C差分放大器差分放大器 ;D施密特触发器施密特触发器 ;OC门输出门输出实验内容及仪器介绍实验内容及仪器介绍1.用焦利秤测量弹簧用焦利秤测量弹簧的倔强系数的倔强系数弹簧弹簧砝码托盘砝码托盘小反射镜小反射镜底座调节螺钉底座调节螺钉游标卡尺游标卡尺锁紧螺钉锁紧螺钉小指针小指针砝码托盘砝码托盘固定钮固定钮2.2.霍尔传感器的特性霍尔传感器的特性1)测霍尔开关型传感器工作距离测霍尔开关型传感器工作距离dop及释放距离及释放距离drp。霍尔开关型传感器霍尔开关型传感器 小磁钢小磁钢集成霍尔传感器特性测量架集成霍尔传感器特性测量架2).用线性霍耳传感器测磁场分布。用线性霍耳传感器测磁场分布。线性霍尔传感器
6、线性霍尔传感器 在磁场为零时，使线性霍耳传感器输出为在磁场为零时，使线性霍耳传感器输出为2.500V。加。加上磁场（磁钢）分别测出线性霍耳传感器在不同位置上磁场（磁钢）分别测出线性霍耳传感器在不同位置时的电压值时的电压值U，利用公式，利用公式 （KH 线性霍耳传感器的灵敏度）线性霍耳传感器的灵敏度）计算对应的磁感应强度计算对应的磁感应强度B ，作，作U B 图。图。HK2.500UB3.用集成霍尔开关型传感器测量振动用集成霍尔开关型传感器测量振动周期并计算弹簧的倔强系数周期并计算弹簧的倔强系数K K。磁钢磁钢砝码砝码霍尔开关型霍尔开关型传感器传感器 锁紧螺钉锁紧螺钉集成霍尔传感器与间谐振动实验仪集成霍尔传感器与间谐振动实验仪2)改变砝码质量改变砝码质量M1，测其振动周期，验证关系式：，测其振动周期，验证关系式：1111MMMMMTT注意：实验所用的小零配件较多，谨防丢失。注意：实验所用的小零配件较多，谨防丢失。砝码砝码12个个磁钢磁钢2个个托盘、镊子、弹簧及弹簧套各托盘、镊子、弹簧及弹簧套各1个个实验前后仔细清点。实验前后仔细清点。
