传感器激励和测量解决方案

霍尔传感器的直流激励特性实验报告误差分析
霍尔传感器是用来检测磁场的一种传感器,它可以通过感知磁场的变化来测量物体的位置、速度等。

在实验中,为了使霍尔传感器正常工作,需要给它提供一定的激励电压,这个激励电压的大小和稳定性对实验的准确性有很大的影响。

一般来说,霍尔传感器的直流激励特性实验可以分为两个部分：测量霍尔传感器的输出电压与激励电压的关系,以及测量霍尔传感器的稳定性。

其中,第一个部分是为了确定霍尔传感器的灵敏度,即输出电压与磁场的关系,第二个部分是为了确定霍尔传感器的长期稳定性。

误差分析：
1. 激励电压的稳定性不够：
在实验中,如果激励电压的波动比较大,就会导致输出电压的误差增大。

这种误差可以通过采用稳压电源或者其他控制电压波动的方法来减小。

2. 测量电路的误差：
测量电路也会对实验结果产生误差,如放大器的增益不稳定、滤波器的频率响应不均匀等。

可以通过对测量电路进行校准来减小误差。

3. 环境磁场的影响：
周围的磁场也会对实验结果产生误差,特别是在霍尔传感器接近物体时,物体本身的磁场会对测量产生影响。

可以采取屏蔽措施或者在实验中消除这些影响。

4. 对原始数据处理的误差：
在对实验数据进行处理时,可能会出现计算误差、单位转换误差等。

这些误差可以通过实验操作的规范、数据记录的精准和对数据处理的细心来减小。

综上所述,要减小霍尔传感器的直流激励特性实验的误差,需要在实验设计、实验操作、数据处理等方面都保证科学合理性和准确性,并且提高对实验中各种误差来源的识别和防范能力。

电涡流式位移传感器实验的意见和建议
1. 建议在实验中使用多种不同频率和振幅的电信号来激励传感器，以尽可能模拟实际工作环境中的各种情况。

2. 注意传感器的位置和固定方式，确保其可以准确测量被测物体的位移。

可以考虑使用夹具或固定装置来保持传感器的稳定性。

3. 实验过程中应注意传感器与被测物体之间的间隙，过大或过小的间隙都可能影响传感器的测量精度。

可以通过调整固定装置或使用衬垫来控制间隙大小。

4. 定期检查传感器的工作状态和连接，确保传感器的正常运行。

如果发现异常，应及时进行修理或更换。

5. 可以尝试不同的工作频率和振幅，观察传感器的响应以及可能的非线性效应。

这有助于了解传感器的工作特性和测量范围。

6. 在实验中可以降低环境噪声的干扰，例如关闭其他电子设备或使用屏蔽材料来隔离传感器与外界干扰。

7. 需要注意传感器的最大工作温度和压力范围，避免在超过其额定范围的条件下进行实验。

8. 实验中可以与其他传感器进行对比，评估电涡流传感器在位移测量中的优势和局限性。

9. 在实验结果分析中，应注意量化传感器的精度、灵敏度和稳定性，并与理论预测进行比较。

10. 探索不同的实验条件和方法，例如改变激励信号波形、增加噪声等，以评估感测器的性能和鲁棒性。

总之，在电涡流式位移传感器实验中，要注意实验环境的控制、传感器的稳定性和精确性以及对传感器进行全面的评估和分析。

三、实验效果分析（包过仪器设备等使用效果）三、实验效果分析：由实验数据知在中心位置处霍尔传感器的灵敏度最高，其灵敏度为：S=dy/dx=0.03v/0.2mm=0.15v/mm 线性度为： = 100%=0.01/5.2 *100%=0.192%;由MATLAB图形知线性范围为5.4MM—10.6MM。

教师评语指导教师年月日江西师范大学物理与通信电子学院教学实验报告专业：电子信息工程2010年 4 月28日实验名称霍尔式传感器的直流激励特性指导老师姓名年级08级学号成绩一、预习部分1、实验目的2、实验基本原理3、主要仪器设备（包含必要的元器件、工具）一、实验目的：1.了解霍尔式传感器的原理与特性。

二、实验原理：霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度有头磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成，当霍尔元件通过恒定电流时霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X，所以没得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。

三、主要仪器设备霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F／V表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源二、实验操作步骤1．实验数据、表格及数据处理2．实验操作过程（可以用图表示）3．结论1.实验数据、表格及数据处理如下：实验中应该注意的事项：①由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。

②一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。

③激励电压不能过大，以免损坏霍尔片。

x=[3.8:0.2:13.8 ];y=[-38,-38,-38,-38,-36,-35,-34,-33,-31,-28,-26,-23,-20,-17,-14,-10,-6,-4,0,3,7,10,14,18,22,25,30,34,37,41,45,48,51, 54,57,59,61,62,63,64,65,66,66,67,67,67,67,68,68,68,68];a=polyfit(x,y,1);xi=3.6:0.0001:13.8;yi=polyval(a,xi);plot(x,y,'go','MarkerEdgeColor','k','MarkerFaceColor','g','MarkerSize',5)xlabel('位移/mm','fontsize',10);ylabel('电压/mV','fontsize',10);axis([3.6 13.8 -38 68])hold onplot(xi,yi,'linewidth',0.1,'markersize',1)legend('原始数据点','拟合曲线')plot(x,y) 2、实验操作过程如下：（１）了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。

交流激励时霍尔式传感器的位移实验
一、实验目的：了解交流激励时霍尔片的特性。

二、基本原理：交流激励时霍尔元件与直流激励一样，基本工作原理相同，不同之处是测量电路。

三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源±4V、±15Ｖ、测微头、数显单元，相敏检波、移相、滤波模板、双线示波器。

四、实验步骤：
1、传感器安装如下图，实验模板上连线见图5-3。

霍尔实验模板移相、相敏、低通模板
霍尔传感器安装示意图
5-3 交流激励时霍尔传感器位移实验接线图
2、调节音频振荡器频率和幅度旋扭，从L V输出用示波器测量，使输出为1KH Z、峰－峰值为4V，引入电路中（激励电压从音频输出端L V输出频率1KH Z，幅值为4V峰－峰值，注意电压过大会烧坏霍尔元件）。

3、调节测微头使霍尔传感器处于磁钢中点，先用示波器观察使霍尔元件不等位电势为最小，然后从数显表上观察，调节电位器R W1、R W2使显示为零。

4、调节测微头使霍尔传感器产生一个较大位移，利用示波器观察相敏检波器输出，旋转移相单元电位器ＲＷ和相敏检波电位器ＲＷ，使示波器显示全波整流波形，且数显表显示相对值。

5、使数显表显示为零，然后旋动测微头记下每转动0.2mm时表头读数，填入表5-2。

6、根据表5-2作出V-X曲线，计算不同量程时的非线性误差。

五、思考题：
利用霍尔元件测量位移和振动时，使用上有何限制？。

吉林大学
仪器科学与电气工程学院
本科生实验报告
实验项目：霍尔传感器的直流激励报告示例
学生姓名：
学号：
实验日期：
实验地址：
2010 年月日
一、实验目的
了解霍尔式传感器的原理与特性
二、实验所用仪器设备
霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F/V表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主副电源
三、实验原理
根据霍尔效应，霍尔电势V H=K H IB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它就可以进行位移测量了。

四、实验步骤
（1）开启主副电源，将差动放大器调零，增益最小。

关闭电源，并连接电路图
（2）调节测微头与振动台吸合并使霍尔片至于半圆磁钢上下正中位置
（3）开启主副电源，调整W1使电压表指示为零
（4）上下旋动测微头，记录电压表读数，并填入表中
（5）关闭电源，整理器材
五、实验结果与分析
V—X曲线见下图
从曲线我们可以看出线性度是比较好的，其灵敏度为K=0.02v/0.100mm=0.2v/mm，关系式为V=KX-1.6022（V）
六、实验心得与建议
该实验通过测梯度磁场的情况，从而得到间接得到位移量。

这给我们自己设计传感器提供了一个很好的思路，我们可以通过设置一个容易控制和测量的物理量，使其按一定规律在所测的物理量上分布，从而我们可以通过测量容易测得的物理量来间接得到我们需要测的量，不仅测量方便而且比较准确。

传感器企业人才激励政策
传感器企业作为高新技术产业的重要组成部分，对人才的需求和依赖尤为明显。

为了吸引、培养和留住优秀人才，传感器企业通常需要制定一系列的人才激励政策。

以下是传感器企业人才激励政策的几个关键方面：
1. 薪酬福利：提供具有竞争力的薪酬水平，包括基本工资、绩效奖金、长期激励等。

同时，提供完善的福利体系，如五险一金、补充医疗保险、带薪年假、员工福利等。

2. 职业发展：为员工提供清晰的职业发展路径和晋升机会，包括内部调岗、职位晋升、职业规划等。

通过职业发展，激励员工不断提升自身能力和业绩。

3. 培训与学习：提供定期的培训和学习机会，包括专业技能培训、管理能力培训、行业知识更新等。

通过培训，提升员工的业务能力和综合素质。

4. 技术创新：鼓励员工参与技术创新和研发活动，提供研发经费支持、创新奖励、专利奖金等。

通过技术创新，增强企业的核心竞争力。

5. 团队建设：通过团队建设活动，增强员工之间的沟通与合作，建立积极向上的企业文化，提高员工的归属感和忠诚度。

6. 表彰与奖励：设立多元化的表彰与奖励机制，如年度优秀员工、最佳团队、创新成果奖等，以表彰员工的优秀表现和贡献。

7. 工作环境：提供良好的工作环境和办公设施，创造一个安全、
舒适、高效的工作氛围，提高员工的工作满意度。

8. 人才引进：对于关键岗位和高级人才，提供特殊的引进政策，如高额的安家费、解决子女教育问题等，以吸引行业精英。

通过上述人才激励政策的实施，传感器企业能够更好地吸引和留住关键人才，激发员工的积极性和创造力，从而推动企业的持续发展和创新。

传感器技术及其信号处理方法第一章传感器概述1.1 传感器技术基础传感器(sensor)是一种把物理量转换成电信号的器件。

可以说，传感器代表了物理世界与电气设备（如计算机）世界接口的一部分。

这种接口的另一部分由把电信号转换成物理量的执行器（actuator)表示。

为什么我们这么关心这个接口？近年来，电子行业拥有了巨大的信息处理能力。

其中最明显的例子是个人计算机。

此外，价格低廉的微处理器的使用对汽车、微波炉、玩具等嵌入式计算产品的设计产生了重大影响。

最近几年，使用微处理器进行功能控制的产品越来越多。

在汽车行业，为满足污染限制要求必须利用微处理器的这种信息处理能力。

而在其他行业，这种能力又带来了降低产品成本、提高产品性能的优势。

所有这些微处理器都需要输人电压以接收指令和数据、因此，随着廉价微处理器的出现，传感器在各种产品中的应用也越来越多。

此外，由于传感器输出的是电信号，因而传感器也就能够按电子没备的描述方式来插述。

同电子产品数据手册一样，很多传感器数据手册也都遵照某种格式撰写。

然而，目前存在很多种格式，而且传感器规格说明的国际标准还没有制订，这样，传感器系统设计师就会遇到对同一传感器性能参数存在不同的解释，这常常令人混淆。

这种混淆并非由于这些术语的含义无法理解，而是在于传感器界不同的人群习惯于使用不同的术语，认识到这一点至关重要。

1.1.1 传感器数据手册为了解决上述术语使用的差异向题，有必要首先命绍数据手册的功用，数据手册主要是一份营销文件，用来突出某一传感器的优点，強调其潜在的应用，但是有可能忽视该传感器的不足。

很多情况下，传感器是设计用来满足特定用户的特定性能要求的，而数锯手册就集中了该用户最感兴趣的性能参数。

这种情况下，传感器制造商和客户就有可能越来越习惯于使用某种约定的传感器性能参数定义，而这种定义却未必通用，这样，这种传感器未来的新用户必须认清这种情形以便恰当地理解这些参数。

人们常常遇到不同的定义。

IMU中传感器的功能_IMU应用实例_IMU解决方案对于复杂且高动态惯性配置的MEMS IMU应用，评估功能时需要考虑许多属性。

在设计周期早期评估这些属性优于追逐开放性成果，从而实现“尽可能精确”。

ADI 近期举行的在线研讨会【适合高要求应用的高性能MEMS IMU解决方案】概述了这些属性以及关键应用条件。

什么是IMU？它代表惯性测量单元。

当有人提到这个缩写名称时，我们先看一下传感器功能，它们能做什么。

想象一个笛卡尔坐标系，形下图所示，具有x轴、y轴和z轴，传感器能够测量各轴方向的线性运动，以及围绕各轴的旋转运动。

这就是所有惯性测量单元的根本出发点，所有惯性导航系统都是据此而构建。

这些器件带有一个三轴加速度计，显然这是指x轴、y轴和z轴。

加速度计会测量线性速度的变化，也会响应重力。

IMU中传感器的功能加速度计会根据其方向而对重力作出响应，如左图所示，这使得我们能够基于非常简单的三角公式估算其方向。

利用arcsin公式，我们可以使用一个轴，而利用arctan公式，我们可以将笛卡尔坐标系中两个彼此正交的轴合并。

二者的主要区别在于：arcsin方法能够测量+/- 90度，而arctan方法能够测量+/- 180度，也就是全部360度，这样您将知道您在哪一个象限。

陀螺仪对旋转角速率进行积分，您就能估算角位移。

大致上说，加速度计具有很好的长期偏置稳定性和长期精度，但会对线性振动作出响应。

当进行角度估计时，线性振动会表现出来，有时候需要滤波，这会给其他方面带来负担，或者有时候振动太高，超出加速度计测量范围，从而完全破坏角度估计。

因此，陀螺仪没有对线性振动的一阶响应，但因为它对输出进行积分，所以任何偏置误差都会转换为角度估计的漂移。

任何系统的基本调整空间在于使用此类传感器的根本出发点。

加速度计的长期稳定性更好，但易受振动影响。

陀螺仪不易受振动影响，但长期稳定性较差，会导致估算更快地漂移。

IMU应用实例：工业检查系统想象屏幕上方的灰色条是生产车间的天花板。

ADI公司的ADPD4100/ADPD4101是完整的多模式传感器前端,激励多达八个发光二极管(LED),并在多达单独电流输入端测量返回信号.有12种时间隙可用,在取样周期内可进行12种单独的测量.ADPD4101的数据输出和功能配置采用I2C接口,而ADPD4100采用SPI.控制电路包括灵活的LED信令和同步检测.器件采用1.8V模拟核和1.8V/3.3V兼容的数字输入/输出(I/O).有8个LED驱动器,其中4个可同时驱动.采用内部振荡器可灵活进行取样,从0.004 Hz 到 9 kHz,片上数字滤波,发送和接收信号链的SNR为100dB.AC环境光抑制高达1kHz时为60dB,总LED峰值驱动电流为400mA,总系统功耗为30 μW,支持SPI和I2C通信,512比特FIFO.主要用在可穿戴健康和健身监视器如HRM,HRV,应力,血压估计,SpO2,水合作用和人体成分监测仪.本文介绍了ADPD4100/ADPD4101主要特性,功能框图和评估板EVAL-ADPD4100Z-ppg主要特性,电路图和PCB设计图.The ADPD4100/ADPD4101 operate as a complete multimodal sensor front end, stimulating up to eight light emitting diodes (LEDs) andmeasuring the return signal on up to eight separate current inputs. Twelve time slots are available, enabling 12 separate measurements per sampling period.The data output and functional configuration utilize an I2C interface on the ADPD4101 or a serial port interface (SPI) on the ADPD4100. The control circuitry includes flexible LED signaling and synchronous detection. The devices use a 1.8 V analog core and 1.8 V/3.3 V compatible digitalinput/output (I/O).The analog front end (AFE) rejects signal offsets and corruption from asynchronous modulated interference, typically from ambient light,eliminating the need for optical filters or externally controlled dccancellation circuitry. Multiple operating modes are provided, enabling the ADPD4100/ADPD4101 to be a sensor hub for synchronous measurements of photodiodes, biopotential electrodes, resistance, capacitance, andtemperature sensors. The multiple operation modes accommodate various sensor measure-ments, including, but not limited to,photoplethysmography (PPG), electrocardiography (ECG), electrodermal activity (EDA), impedance, capacitance, temperature, gas detection, smoke detection, and aerosol detection for various healthcare, industrial, andconsumer applications.The ADPD4100/ADPD4101 are available in a 3.11 mm × 2.14 mm, 0.4 mm pitch, 33-ball WLCSP and 35-ball WLCSADPD4100/ADPD4101主要特性:•Multimodal analog front end•8 input channels with multiple operation modes for various sensor measurements•Dual-channel processing with simultaneous sampling•12 programmable time slots for synchronized sensor measurementsADI ADPD4100－1多模式传感器前端解决方案•Flexible input multiplexing to support differential and single-ended sensor measurements•8 LED drivers, 4 of which can be driven simultaneously •Flexible sampling rate from 0.004 Hz to 9 kHz using internal oscillators•On-chip digital filtering•SNR of transmit and receive signal chain: 100 dB •AC ambient light rejection: 60 dB up to 1 kHz •400 mA total LED peak drive current•Total system power dissipation: 30 μW (combined LED and AFE power), continuous PPG measurement at 75 dB SNR, 25 Hz ODR, 100 nA/mA CTR•SPI and I2C communications supported •512-byte FIFO sizeADPD4100/ADPD4101应用:•Wearable health and fitness monitors: heart rate monitors (HRMs), heart rate variability (HRV), stress, blood pressure estimation, SpO2, hydration, body composition•Industrial monitoring: CO, CO2, smoke, and aerosol detection •Home patient monitoringThe EVAL-ADPD4100Z-PPG evaluation board provides users with a simple means of evaluating the ADPD4100/ADPD4101 photometric front end.评估板EVAL-ADPD4100Z-PPG图1.ADPD4100/ADPD4101功能框图The EVAL-ADPD4100Z-PPG evaluation board implements a simple discrete optical design for vital signs monitoring applica-tions, specifically wrist-based photoplethysmography (PPG).The EVAL-ADPD4100Z-PPG has three green light emitting diodes (LEDs), one infrared (IR), and one red LED, all separately driven. A single 7 mm2 photodiode (PD) is populated on the board. The PD has no optical filter coating. However, a pin for pin alternative device with an IR block filter is available.The full evaluation system includes the Wavetool Evaluation Software graphical user interface (GUI) that provides users with low level register access and high level system configurability. Raw data streamed to this tool can be displayed in real time with limited latency. Views are provided for both frequency and time domain analysis.A user datagram protocol (UDP) transfer capability from the Wavetool Evaluation Software (available for download on the EVAL-ADPD4100Z-PPG product page) allows data stream connections and register configurability to external analysis programs, such as LabVIEW® or MATLAB®, in real time.The EVAL-ADPD4100Z-PPG board is powered by the EVAL-ADPDUCZ microcontroller board (obtained from the EVAL-ADPD4100Z-PPG product page). In addition to the power requirements, serial port interface (SPI)(default) or I2C data streams are received from the ADPD4100 by themicrocontroller. A ribbon cable connects the two boards. Themicrocontroller repackages the data, sending it to a virtual serial port over the USB to the PC, displayed on the Wavetool Evaluation Software. TheEVAL-ADPD4100Z-PPG can also be connected directly to themicrocontroller development system of the user, using the SPI for theADPD4100 (or I2C for the ADPD4101).The ADPD4100/ADPD4101 data sheet, available at , provides full specifications for the ADPD4100/ADPD4101. Consult theADPD4100/ADPD4101 data sheet in conjunction with this user guide when using the EVAL-ADPD4100Z-PPG.评估板EVAL-ADPD4100Z-PPG主要特性:•Board supports ADPD4100 and ADPD4101 population•ADPD4100 (SPI) is the default board population•All inputs and outputs are accessible to the user•3 separately driven green LEDs included•1 red and 1 IR LED included•Metal baffle to block optical crosstalk•Works with the Wavetool Evaluation Software allowing •Time domain graphing and logging•Frequency domain graphing•Statistical analysis•Data streaming to other applications评估板EVAL-ADPD4100Z-PPG包括:•EVAL-ADPD4100Z-PPG evaluation board•Ribbon cable•Wrist strap, with hook and loop fastener图2.评估板EVAL-ADPD4100Z-PPG外形图(正面)。