只需少數元件的磁場(chǎng)探頭

　　磁場(chǎng)計的流行名稱(chēng)是“高斯計”，市場(chǎng)上各種牌子和型號，其價(jià)格使許多業(yè)余愛(ài)好者和工程師無(wú)法承受。本設計實(shí)例把一種常見(jiàn)的 DMM（數字萬(wàn)用表）和單一半導體元件結合起來(lái)，以便測量磁通量密度和磁場(chǎng)強度。

　　圖1列出了測量設備，由探頭、電池組、DMM 組成。探頭的有源元件由線(xiàn)性霍爾效應傳感器構成。實(shí)際上任何線(xiàn)性霍爾效應傳感器在這種應用中都好用，但這個(gè)探頭版本使用 Allegro MicroSystems公司的A1323傳感器，它產(chǎn)生與施加的磁場(chǎng)成比例的電壓（參考文獻1）。A1323依靠4.5V ~ 5.5V電源工作，它的靜態(tài)輸出電壓（零磁場(chǎng)輸出）取決于電源電壓的50%。鑒于A(yíng)1323的標稱(chēng)靈敏度是2.5毫伏/高斯，它對于4.5V電源電壓提供的滿(mǎn)刻度量程是1800高斯（4.5伏/2.5毫伏/高斯=1800高斯）。

　　施加一個(gè)朝向傳感器正面南側的磁場(chǎng)，就會(huì )增加傳感器的輸出電壓，它與垂直于傳感器標有品牌一面施加的磁場(chǎng)成比例，而施加一個(gè)位于同一面北側的磁場(chǎng) 就會(huì )導致輸出電壓的成比例下降。對于4.5V電源，傳感器的2.25V靜態(tài)輸出電壓能增加到4.5V（對 900 高斯正南方磁場(chǎng)）或降低到 0

V（對900高斯正北方磁場(chǎng)）。傳感器能檢測直流磁場(chǎng)的強度和極性，而它的交流磁場(chǎng)帶寬則延伸到了30 kHz。

　　探頭的電路試驗板版本包含一小塊印制電路板，其長(cháng)度足以適應操作者的手（圖2）。傳感器的引線(xiàn)連接到一段高質(zhì)量的三導體屏蔽電纜和兩個(gè) 10 nF 表面貼裝解耦電容器。傳感器的電源包含三塊串聯(lián)的小型1.5V 電池，總電壓為4.5V。為了達到更大的滿(mǎn)刻度量程，可用9V電池向7805 伏特計等5V穩壓IC饋電，并在需要時(shí)添加一個(gè)通/斷開(kāi)關(guān)。應把電池放在伏特計附近。否則電池的鋼制外殼會(huì )干擾被觀(guān)察的磁場(chǎng)。應使用10nF SMD電容器來(lái)解耦傳感器的輸入和輸出引腳。雖然提供較高直流精度和超過(guò)50kHz交流帶寬的DMM能顯示傳感器的輸出，但Fluke 公司的187 型DMM等具有RELΔ（“與參考讀數的相對差值”）功能的DMM使直流磁場(chǎng)的測量和極性檢測變得很容易（參考文獻2）。

　　在電路組裝之后，用兩個(gè)4 mm香蕉形插頭把探頭的輸出連到DMM。用一分鐘時(shí)間預熱，并把探頭的傳感器放在磁屏蔽外殼中。（編者按：可以用回收鋼制或錫制同心圓食品罐頭盒來(lái)制作磁屏蔽外殼。罐頭盒的置放應使其未打開(kāi)的一端指向相反方向。在較大罐頭盒未打開(kāi)的一端上鉆一個(gè)小口來(lái)容納傳感器的輸出電纜。）按DMM的RELΔ功能鍵。DMM 的顯示器將傳感器的2.25V靜態(tài)電壓輸出值顯示為0.0000V，表示探頭針對零磁場(chǎng)校準完畢，可以使用了。

　　把探頭從屏蔽外殼中取出，測量被觀(guān)察的磁場(chǎng)。為了達到最高靈敏度，應使傳感器的面垂直于磁場(chǎng)。如果磁場(chǎng)的方向未知，則使探頭圍繞其最長(cháng)軸旋轉來(lái)搜索最高電壓。為了計算磁通量密度，把輸出電壓讀數除以靈敏度（2.5毫伏/高斯）。例如，如果表頭讀數是-1.9800V，則磁場(chǎng)在正北向是792高斯。對于交流磁場(chǎng)測量，應使用DMM的真rms模式來(lái)讀傳感器的交流輸出電壓。

　　可用以下公式計算磁場(chǎng)在空氣中的強度：B=m0×H，其中B表示磁通量密度，單位是特斯拉(teslas)，H表示磁場(chǎng)強度，單位是安培/米，m0=4p×10-7H/m（自由空間的磁導率）。鑒于特斯拉代表較大的測量單位，因此1T磁場(chǎng)相當強。

　　對于更大的測量分辨率，可用以下轉換因子來(lái)使用更流行的單位高斯：10000 高斯=1特斯拉，1高斯=79.6安培/米，1.2560毫特斯拉=1000安培/米。磁場(chǎng)傳感器的應用包括分析移動(dòng)磁體線(xiàn)性位置探測器的故障、直流電機和揚聲器制造、低頻磁場(chǎng)干擾的研究、電磁干擾屏蔽裝置的設計與制造。

參考文獻
1.A1323 Ratiometric Linear Hall-Effect Sensor Data Sheet, Allegro MicroSystems Inc.
2.User's Manual, Model 187 189, True RMS Multimeter, Fluke Corp, www.fluke.com.