霍尔效应法测量磁场
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17 2019/1/14
提示
1、理论研究中根据单个线圈轴线上的磁感应 强度B的计算公式和磁场叠加原理，建议采 用工程计算及数据分析软件MATLAB软件 工具进行仿真，得到线圈个数、每个线圈 的匝数、各线圈的排序及各线圈间的相对 距离（总长不能超过3R）。 2、实验原理可以进一步参考“霍耳效应法测 量磁场” 3、实验方法可以根据实验原理线圈个数和线 圈之间的间隔距离，再根据设计参数在半 径为R的非金属圆管绕制对应线圈，然后 想办法固定在霍耳效应仪上，用霍耳效应 法测量磁场的方法，测量新制线圈轴线上 的磁场分布。 4、实验思考，如何计算线圈内任一点的磁场 强度，均匀性如何？实验如何验证？
1 KH nqd
KH的大小与材料的性质及薄片的尺寸有关
4 2019/1/14
建立实验环境
K3 K4
无限长螺线管内存在均匀磁场
长直螺线管端部处
B u0 nI
B u0 nI
长直螺线管中部
1 B u0 nI 2
'
5 2019/1/14
理论联系实际
UDD’并不仅是霍尔效应产生霍尔电压，而是 综合效应的综合结果。 UDD’ =UH+Ut+UN+Us+U0
2 2 3 2
2
和磁场叠加原理及亥姆霍兹线圈的基本特征，用数 学的方法，改良姆霍兹线圈的绕线结构（改变线圈 个数和绕线匝数及选定线圈间的相对距离），得到 更大范围的均匀磁场。 2 、在理论计算的基础上，给出具体的实验设计方 案及测量检验装置（尽可能使用霍耳效应仪）； 3 、用霍耳效应法测量改良型亥姆霍兹线圈轴线上 磁场，验证设计结果。
霍尔效应法测量磁场
什么是霍尔效应
2 2019/1/14
洛仑兹力
f B qvB
f E qE q U DD ' l
电场力
两个力大小相等
U DD '
1 IH B IH B RH KH IH B nq d d
其中：
I H nqvld
3 2019/1/14
实验原理
U DD ' KH I H B
因此必须消除附加效应（爱廷豪森Ut 、能斯拖UN 、 里纪-勒杜克Us 、不等势电压U0 ）在UDD’中的贡献。
+B、+IH
+B、-IH -B、 -IH
U1=UH+Ut+UN+Us+U0
U2=- UH -Ut+UN+Us-U0 U3= UH +Ut-UN-Us-U0
-B、+IH
U4=- UH -Ut-UN-Us+U0
9 2019/1/14
实验辅导
同学们开始做实验！
10 2019/1/14
《创新实验》
亥姆霍兹线圈扩展应用研究
南京理工大学实验物理中心 教师王志兴
11 2019/1/14
创新实验背景
攻击目标
目标信息
火力
搜索系统
跟踪系统
发射平台 速射火炮
指挥控制系统
平台装定器
武器系统构成框图
12 2019/1/14
实验内容
• 测量通电螺线管轴线上的磁感应强度B；
• 测量左线圈L1单独通电时，其轴线上的B；
• 测量右线圈L2单独通电时，其轴线上的B；
• 测量亥姆霍兹线圈通电时，其轴线上的B。
8 2019/1/14
实验要求
画出通电螺线管轴线上B曲线，验证B0=B20/2。 在同一坐标中画出左线圈L1、右线圈L2、亥姆霍兹线 圈轴线上B曲线，再画出左线圈L1+右线圈L2 B曲线 （用虚线画出）。验证磁场迭加原理，亥姆霍兹线圈中 间部分存在均匀磁场。有4条曲线。
18 2019/1/14
创新实验：亥姆霍兹线圈扩展应用研究
参考文献： [1] 李相银，姚安居，杨庆. 大学物理实验[M]. 南京：东南大学出版社，2000. [2] 曾晓英.亥姆霍兹线圈磁场的均匀分析及误 差估算[J].物理实验学报，2000.20(5):38-39. [3] 王晓云,陈庆琉.亥姆霍兹线圈设计中的几 个问题[J].教学仪器与实验，1991.7（6）:1-5.
实验基本要求
1、线圈半径R不变（以霍耳效应仪中姆霍兹线 圈相同），总线圈长度尽可能短不大于 3R， 均匀磁场的宽度大于 1.2R （磁场变化控制在 2.0%以内），线圈个数大于2个。 2 、给出理论计算模型及计算结果（包括图表 和曲线）； 3、设计改良型姆霍兹线圈，并安装在霍耳效 应仪仪器上，得到实验装置； 4、通过实验，给出测量数据（包括图表和曲 线），并对测量结果分析； 5、总结本实验研究结论，有何特点或创新点， 如果理论结果和实验结果不吻合，说明理由； 6 、完成一篇符合规范要求的实验研究论文或 实验研究报告 。
电磁无线感应装定子系统示意图
13 2019/1/14
毁伤目标示意图
14 2019/1/14
AHEAD（Advanced Hit Efficiency And Destruction）弹实物图
15 2019/1/14
建议研究内容
1、根据单个线圈轴线上的磁感应强度B的计算公式：
B
0
2
R NI (R x )
实验目的
了解霍尔效应法测量磁场的原理和方法 测定霍尔元件的霍尔灵敏度 用霍尔效应法测量通电螺线管轴线上的磁场 用霍尔效应法测量通电线圈轴线上的磁场， 验证磁场跌加原理，验证亥姆霍兹线圈中央 存在均匀磁场
磁场测量方法
•核磁共振法测量磁场 •感应法测量磁场 •霍尔效应法测量磁场等
1 2019/1/14
1 U H U1 U 2 U 3 U 4 U H U t 4
6 2019/1/14
仪器操作及调节
螺线管激励电流 选 1000mA； 霍尔电流 选 2.50mA； K3改变IH 、K4改变I（B）的方向； K5线圈通电选择、K6选择L1、L2通电组合。
7 2019/1/14
19 2019/1/14
实验时间安排（有教师辅导）
原理研究及方案2个学时；
计算机（
MATLAB ）仿真2个学时； 实物制作2个学时； 实验操作2个学时； 实验报告2个学时。
其他全部使用业余时间， 开放实验室
20 ຫໍສະໝຸດ Baidu019/1/14
提示
1、理论研究中根据单个线圈轴线上的磁感应 强度B的计算公式和磁场叠加原理，建议采 用工程计算及数据分析软件MATLAB软件 工具进行仿真，得到线圈个数、每个线圈 的匝数、各线圈的排序及各线圈间的相对 距离（总长不能超过3R）。 2、实验原理可以进一步参考“霍耳效应法测 量磁场” 3、实验方法可以根据实验原理线圈个数和线 圈之间的间隔距离，再根据设计参数在半 径为R的非金属圆管绕制对应线圈，然后 想办法固定在霍耳效应仪上，用霍耳效应 法测量磁场的方法，测量新制线圈轴线上 的磁场分布。 4、实验思考，如何计算线圈内任一点的磁场 强度，均匀性如何？实验如何验证？
1 KH nqd
KH的大小与材料的性质及薄片的尺寸有关
4 2019/1/14
建立实验环境
K3 K4
无限长螺线管内存在均匀磁场
长直螺线管端部处
B u0 nI
B u0 nI
长直螺线管中部
1 B u0 nI 2
'
5 2019/1/14
理论联系实际
UDD’并不仅是霍尔效应产生霍尔电压，而是 综合效应的综合结果。 UDD’ =UH+Ut+UN+Us+U0
2 2 3 2
2
和磁场叠加原理及亥姆霍兹线圈的基本特征，用数 学的方法，改良姆霍兹线圈的绕线结构（改变线圈 个数和绕线匝数及选定线圈间的相对距离），得到 更大范围的均匀磁场。 2 、在理论计算的基础上，给出具体的实验设计方 案及测量检验装置（尽可能使用霍耳效应仪）； 3 、用霍耳效应法测量改良型亥姆霍兹线圈轴线上 磁场，验证设计结果。
霍尔效应法测量磁场
什么是霍尔效应
2 2019/1/14
洛仑兹力
f B qvB
f E qE q U DD ' l
电场力
两个力大小相等
U DD '
1 IH B IH B RH KH IH B nq d d
其中：
I H nqvld
3 2019/1/14
实验原理
U DD ' KH I H B
因此必须消除附加效应（爱廷豪森Ut 、能斯拖UN 、 里纪-勒杜克Us 、不等势电压U0 ）在UDD’中的贡献。
+B、+IH
+B、-IH -B、 -IH
U1=UH+Ut+UN+Us+U0
U2=- UH -Ut+UN+Us-U0 U3= UH +Ut-UN-Us-U0
-B、+IH
U4=- UH -Ut-UN-Us+U0
9 2019/1/14
实验辅导
同学们开始做实验！
10 2019/1/14
《创新实验》
亥姆霍兹线圈扩展应用研究
南京理工大学实验物理中心 教师王志兴
11 2019/1/14
创新实验背景
攻击目标
目标信息
火力
搜索系统
跟踪系统
发射平台 速射火炮
指挥控制系统
平台装定器
武器系统构成框图
12 2019/1/14
实验内容
• 测量通电螺线管轴线上的磁感应强度B；
• 测量左线圈L1单独通电时，其轴线上的B；
• 测量右线圈L2单独通电时，其轴线上的B；
• 测量亥姆霍兹线圈通电时，其轴线上的B。
8 2019/1/14
实验要求
画出通电螺线管轴线上B曲线，验证B0=B20/2。 在同一坐标中画出左线圈L1、右线圈L2、亥姆霍兹线 圈轴线上B曲线，再画出左线圈L1+右线圈L2 B曲线 （用虚线画出）。验证磁场迭加原理，亥姆霍兹线圈中 间部分存在均匀磁场。有4条曲线。
18 2019/1/14
创新实验：亥姆霍兹线圈扩展应用研究
参考文献： [1] 李相银，姚安居，杨庆. 大学物理实验[M]. 南京：东南大学出版社，2000. [2] 曾晓英.亥姆霍兹线圈磁场的均匀分析及误 差估算[J].物理实验学报，2000.20(5):38-39. [3] 王晓云,陈庆琉.亥姆霍兹线圈设计中的几 个问题[J].教学仪器与实验，1991.7（6）:1-5.
实验基本要求
1、线圈半径R不变（以霍耳效应仪中姆霍兹线 圈相同），总线圈长度尽可能短不大于 3R， 均匀磁场的宽度大于 1.2R （磁场变化控制在 2.0%以内），线圈个数大于2个。 2 、给出理论计算模型及计算结果（包括图表 和曲线）； 3、设计改良型姆霍兹线圈，并安装在霍耳效 应仪仪器上，得到实验装置； 4、通过实验，给出测量数据（包括图表和曲 线），并对测量结果分析； 5、总结本实验研究结论，有何特点或创新点， 如果理论结果和实验结果不吻合，说明理由； 6 、完成一篇符合规范要求的实验研究论文或 实验研究报告 。
电磁无线感应装定子系统示意图
13 2019/1/14
毁伤目标示意图
14 2019/1/14
AHEAD（Advanced Hit Efficiency And Destruction）弹实物图
15 2019/1/14
建议研究内容
1、根据单个线圈轴线上的磁感应强度B的计算公式：
B
0
2
R NI (R x )
实验目的
了解霍尔效应法测量磁场的原理和方法 测定霍尔元件的霍尔灵敏度 用霍尔效应法测量通电螺线管轴线上的磁场 用霍尔效应法测量通电线圈轴线上的磁场， 验证磁场跌加原理，验证亥姆霍兹线圈中央 存在均匀磁场
磁场测量方法
•核磁共振法测量磁场 •感应法测量磁场 •霍尔效应法测量磁场等
1 2019/1/14
1 U H U1 U 2 U 3 U 4 U H U t 4
6 2019/1/14
仪器操作及调节
螺线管激励电流 选 1000mA； 霍尔电流 选 2.50mA； K3改变IH 、K4改变I（B）的方向； K5线圈通电选择、K6选择L1、L2通电组合。
7 2019/1/14
19 2019/1/14
实验时间安排（有教师辅导）
原理研究及方案2个学时；
计算机（
MATLAB ）仿真2个学时； 实物制作2个学时； 实验操作2个学时； 实验报告2个学时。
其他全部使用业余时间， 开放实验室
20 ຫໍສະໝຸດ Baidu019/1/14