專利名稱：霍爾效應及磁場測定實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種大學物理實驗裝置，主要涉及一種用霍爾效應測量磁場的實驗數(shù)據(jù)的采集、傳送和實時處理系統(tǒng)，屬于大學物理實驗儀器領域。
背景技術：
美國物理學家霍爾于1879年在實驗中發(fā)現(xiàn)，當電流垂直于外磁場通過導體時，在導體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現(xiàn)電勢差，這一現(xiàn)象被稱作霍爾效應， 相應的電勢差被叫做霍爾電勢差(又稱作霍爾電壓)。后來人們發(fā)現(xiàn)半導體的霍爾效應比金屬強得多，因此人們使用半導體材料制成霍爾傳感器(又稱作霍爾元件)，它具有對磁場敏感、結構簡單、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點，因此，在測量、 自動化、計算機和信息技術等領域得到廣泛的應用。在大學物理實驗教學中，可以使用霍爾元件對半導體類型、載流子濃度等進行測量，而利用霍爾效應測量非均勻磁場已成為大學物理基本實驗之一。在目前的霍爾效應及磁場測定實驗中，學生通過移動霍爾元件在磁場中的位置，讀取霍爾電壓VH，通過手抄記錄在實驗數(shù)據(jù)記錄紙上；下課后，通過磁感強度B和霍爾電壓Vh的關系式計算得到磁感強度
D V dB = -TT
kH1S式中，Rh表示霍爾系數(shù)，Is表示通過霍爾元件的電流，d表示霍爾元件的厚度。這樣的實驗過程存在三個問題，第一對于學生的實驗掌握程度不易了解，眾所周知，學生之間的抄襲現(xiàn)象是普遍存在的，如果學生在實驗后抄襲了他人的實驗數(shù)據(jù)，并以此來提交實驗報告，實驗老師對此并不能及時發(fā)現(xiàn)，因為學生的數(shù)據(jù)記錄過程完全是獨立于老師的，這樣導致的后果就是老師對于學生的實驗掌握程度不能具有一個很好的了解，進而導致對于教學質量的評估出現(xiàn)偏差；第二，學生在數(shù)據(jù)記錄過程中費時、費力，數(shù)據(jù)彼此間分立，容易產生錯誤；第三，實驗教師對學生數(shù)據(jù)的處理多憑經驗，在評分過程中不可避免的出現(xiàn)偏差。本發(fā)明就是針對上述的問題而提出的，提供一種霍爾效應測定磁場實驗數(shù)據(jù)的采集、傳送和實時處理系統(tǒng)，其能夠測量霍爾電壓，而且方便準確的讀取實驗數(shù)據(jù)、傳送數(shù)據(jù)、 實時處理實驗數(shù)據(jù)。在教學中，可以根據(jù)實驗需要，隨時更改實驗內容，簡單、易行。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，提供了一種霍爾效應測定磁場實驗數(shù)據(jù)的采集、傳送和實時處理系統(tǒng)，包括電源、電磁鐵、霍爾元件、直流數(shù)字電流表、直流數(shù)字電壓表、嵌有單片機的電路板、藍牙無線傳輸模塊、液晶顯示器、用于實驗數(shù)據(jù)收集和實時處理的計算機和數(shù)據(jù)處理程序?；魻栃獪y定磁場實驗，電源負責給電磁鐵、霍爾元件供電，直流數(shù)字電流表監(jiān)測霍爾元件通過的電流，直流數(shù)字電壓表監(jiān)測霍爾電壓，這些都是現(xiàn)有技術，很成熟，在此不
3再進行贅述。本發(fā)明的特征在于本霍爾效應測定磁場實驗裝置中，直流數(shù)字電壓表同一單片機相連接，當學生測量得到霍爾電壓時，按下嵌有單片機的電路板上的“記錄”按鈕，單片機會將霍爾電壓數(shù)據(jù)實時傳送給并顯示在與其相連接的液晶顯示器上。學生全部測量所需數(shù)據(jù)后，按“發(fā)送”按鈕，包含上述數(shù)據(jù)和學生編號和姓名的數(shù)據(jù)包經藍牙發(fā)射模塊發(fā)送到老師的計算機上，再由計算機對數(shù)據(jù)進行后續(xù)處理。通過上述裝置，就解決前述的問題，每進行一次實驗之后，學生都能實時的在顯示器上看到該次的實驗數(shù)據(jù)，也即霍爾電壓的數(shù)據(jù)，如果對于實驗結果不滿意，可直接將數(shù)據(jù)刪除，重新進行實驗，其最后看到的是一個整體的全部的實驗數(shù)據(jù)；再者，學生每次實驗完畢后，都需要將包含有個人信息的實驗數(shù)據(jù)發(fā)送到老師的計算機上，能夠保證老師看到每個學生原始的實驗數(shù)據(jù)，有效的防止了學生之間抄襲現(xiàn)象的發(fā)生；第三，采用此系統(tǒng)，計算機程序將實驗數(shù)據(jù)處理并存儲后，可隨時調用，作為教師在給定實驗報告分數(shù)時的客觀依據(jù)，從而進行方便、公正的實驗評價。


圖1為霍爾效應測定磁場實驗裝置結構示意圖；圖2為霍爾效應測定磁場實驗裝置數(shù)據(jù)的采集、傳送和接收模塊示意圖；在上述圖中，1表示二維移動標尺，2表示電磁鐵，3表示放有霍爾元件的支架，4表示霍爾元件，5表示集成電源、直流數(shù)字電流表、直流數(shù)字電壓表的控制箱，6表示單片機，7 表示顯示器，8表示藍牙發(fā)射模塊，9表示配有藍牙接收模塊的計算機。
具體實施例圖1示出了本發(fā)明中霍爾效應測定磁場實驗的結構示意圖，該部分與現(xiàn)有技術中的霍爾效應測定磁場實驗裝置一致。本發(fā)明的特征在于其還包括數(shù)據(jù)的采集、傳送和接收模塊。本發(fā)明中學生通過調節(jié)二維移動標尺，使得霍爾元件4到達電磁鐵2產生的磁場中不同的位置，觀察直流數(shù)字電壓表的讀數(shù)，即為霍爾電壓；同時直流數(shù)字電壓表5與單片機6相連接，學生按下嵌有單片機的電路板上的“記錄”按鈕，單片機會將該霍爾電壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭粋€與其相連接的顯示器上，并且，嵌有單片機的電路板上還設置有“發(fā)送”按鈕和藍牙發(fā)射模塊，通過按下所述“發(fā)送”按鈕，所述藍牙發(fā)射模塊會將包含有學生信息和上述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包傳送到老師計算機上的藍牙接收模塊，接收后在該計算機上存儲和處理。顯示器單片機芯片采集過來的數(shù)據(jù)，由一個8時TFT液晶顯示器將實驗內容和數(shù)據(jù)全部顯示出來。學生通過液晶屏觀察的實驗數(shù)據(jù)具有整體感，可以通過對比不同測量組的數(shù)據(jù)，判斷實驗中可能存在的操作錯誤。對于錯誤數(shù)據(jù)，可由嵌有單片機的電路板上的 “刪除”鍵直接刪除。使用者還可以根據(jù)實驗中數(shù)據(jù)多少的不同，選擇不同的、合適尺寸的液晶顯不器。數(shù)據(jù)傳送實驗數(shù)據(jù)臨時存儲在單片機中，嵌有單片機的電路板上設置有“發(fā)送” 按鈕，按一下該按鈕，則數(shù)據(jù)經藍牙模塊通過藍牙無線信號發(fā)送出去。數(shù)據(jù)接收計算機上插有藍牙適配器做為藍牙接收模塊，可以接收藍牙信號。數(shù)據(jù)實時處理計算機上有編寫好的程序，讀取藍牙適配器接收到的數(shù)據(jù)，存儲實驗數(shù)據(jù)到以學生學號和姓名為文件名的文件中，作為數(shù)據(jù)備份。同時，計算機程序還可對實驗數(shù)據(jù)進行處理，處理后的結果實時顯示在計算機屏幕上，以方便教學的老師實時判斷學生做的實驗好壞，以及為批改實驗報告提供客觀依據(jù)，方便教師甄別學生數(shù)據(jù)的準確度。
如果想更改部分實驗內容，只需在單片機內重新寫入程序，調整液晶屏顯示內容， 改寫計算機處理程序，可節(jié)約大量儀器更新和改造費用。
權利要求
1.一種霍爾效應及磁場測定實驗數(shù)據(jù)的采集、傳送和實時處理裝置，包括電源、電磁鐵、霍爾元件、直流數(shù)字電流表、直流數(shù)字電壓表、嵌有單片機的電路板、藍牙發(fā)送模塊、顯示器、用于實驗數(shù)據(jù)收集和實時處理的配置有藍牙接收模塊的計算機和數(shù)據(jù)處理程序；直流數(shù)字電壓表同單片機相連接，當學生測量得到霍爾電壓時，按下嵌有單片機的電路板上的“記錄”按鈕，單片機會將霍爾電壓數(shù)據(jù)實時傳送給并顯示在與單片機相連接的顯示器上，學生全部測量所需數(shù)據(jù)后，按下嵌有單片機的電路板上的“發(fā)送”按鈕，包含上述數(shù)據(jù)和學生編號和姓名的數(shù)據(jù)包經藍牙發(fā)射模塊發(fā)送到所述計算機上，再由所述計算機對數(shù)據(jù)進行存儲和后續(xù)處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，所述顯示器為液晶顯示器。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，所述單片機的電路板上還設置有的“刪除”鍵，用于在實驗過程中刪除操作錯誤的實驗數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種霍爾效應及磁場測定實驗數(shù)據(jù)的采集、傳送和實時處理裝置，包括電源、電磁鐵、霍爾元件、直流數(shù)字電流表、直流數(shù)字電壓表、嵌有單片機的電路板、藍牙發(fā)送模塊、顯示器、用于實驗數(shù)據(jù)收集和實時處理的配置有藍牙接收模塊的計算機和數(shù)據(jù)處理程序；直流數(shù)字電壓表同單片機相連接，當學生測量得到霍爾電壓時，按下嵌有單片機的電路板上的“記錄”按鈕，單片機會將霍爾電壓數(shù)據(jù)實時傳送給并顯示在與單片機相連接的顯示器上，學生全部測量所需數(shù)據(jù)后，按下嵌有單片機的電路板上的“發(fā)送”按鈕，包含上述數(shù)據(jù)和學生編號和姓名的數(shù)據(jù)包經藍牙發(fā)射模塊發(fā)送到所述計算機上，再由所述計算機對數(shù)據(jù)進行存儲和后續(xù)處理。
文檔編號G09B23/18GK102509501SQ20111036979
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權日2011年11月18日
發(fā)明者任芝, 李松濤 申請人:華北電力大學(保定)