示波器 霍尔传感器 实验范文

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1、一电磁学实验一示波器的使用示波器（阴极射线示波器）是一种用途广泛的基本电子测量仪器，可以观察电 信号的波形、幅度和频率等电参数。用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间 差，一些性能较好的示波器甚至可以将输入的电信号存储起来以备分析和比较。在 实践应用中凡是能转化为电压信号的电学量和非电学量及它们随时间作周期性变化 的过程都可以用示波器来观测。1示波器的结构与原理示波器的主要部分有示波管、扫描发生器和整步电路、垂直Y和水平X放大 器、电源四部分组成，基本结构如下图1显亍电跑y轴輸反X轴输入电遞供给电路图1示波器的组成示波管是电子示波器的核心，是一个高真空度的静电控制束的电子束玻璃管。 如图2所

2、示，左端为一电子枪，电子枪加热后发出一束电子，电子经电场加速以高 速打在右端的荧光屏上，屏上的荧光物发光形成一亮点。亮点在偏转板电压的作用 下，位置也随之改变。在一定范围内，亮点的位移与偏转板上所加电压成正比。荧 光2测电信号的频率和电压用低频信号发生器作为信号源，分别输入不同频率和电压的正弦波，用示波器 分别测量其电压和频率。以信号源本身的示值为准，比较用示波器测得的结果。表1正弦波数据信号源电压的测量频率的测量电压 （V ）频率(Hz)格数 (div)分度值(v/div)峰峰值（V）有效 值 （V）格数 （div）分度值（ms/div）周期(ms)频率(Hz)16.0320.03.4517

3、.06.016.20.53.1322.5826.0102.13.4517.06.019.819.8102.0435.2600.43.0515.05.33.30.51.65606.063观察利莎如图形如果示波器的X、Y轴同时输入的都是正弦交流信号电压，荧光屏上亮点的轨 迹将是两个相互垂直的简谐振动合成的结果。特别当两个正弦交流信号电压的频率 相等或成简单整数比时，亮点的轨迹为一稳定的曲线，这种合振动的图形称为利莎 如图形。当Y轴方向的正弦电压UY的频率为fY，X轴方向的正弦电压UX的频率为fX 时，则利莎如图形与频率比关系为：nXY式中：nx是设想的水平线与利莎如图形相切的切点个数，nY是设想的

4、竖直线与 利莎如图形相切的切点个数。表2利莎如图形与频率比的关系图3相位差,.X丄.Xe = arcsm 0 Q =兀一 arcsm 0b或b(4)根据利莎如图形还可以计算两正弦波信号的 相位差，见左图3令 y = a sin & tx = b sin(t + )贝y y 与的相位差为。假设波形在X轴线上的截距为 2x0,则对X轴上的P点y = asin t = 0 因而 t=o，所以 xo=b sin(ot+e)=b sin e。 则2)智能数字示波器因具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独 特优点，其使用日益普及。二力、热学实验一光杠杆和梁弯曲法测金属杨氏模量杨氏模量(You

5、ngs modulus)是表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理 量，它是沿纵向的弹性模量，也是材料力学中的名词。1807年因英国医生兼物理 学家托马斯杨(Thomas Young, 1773-1829)所得到的结果而命名。根据胡克定律， 在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，比值被称为材料的杨氏模量，它是表征 材料性质的一个物理量，仅取决于材料本身的物理性质。杨氏模量的大小标志了材 料的刚性，杨氏模量越大，越不容易发生形变。1梁弯曲法测金属杨氏模量 霍尔位置传感器霍尔元件置于磁感应强度为B的磁场中，在垂直于磁场方向通以电流1，则与 这二者相垂直的方向上将产生霍尔电势差U H:UH = K

6、-1 -B(3)(3) 式中K为元件的霍尔灵敏度。如果保持霍尔元件的电流I不变，而使其在一 个均匀梯度的磁场中移动时，则输出的霍尔电势差变化量为：dBAU = K -1AZHdZdBA TT(4) 式中AZ为位移量，此式说明若dZ为常数时，AUH与AZ成正比。 杨氏模量杨氏模量测定仪主体装置如下图所示,在横梁弯曲的情况下，杨氏模量Y可以 用下式表示：Y = d3 Mg4a3 -b-AZ(5)(5)式中：d为两刀口之间的距离，M为所加砝码的质量，a为梁的厚度，b为 梁的宽度，AZ为梁中心由于外力作用而下降的距离，g为重力加速度。s图4霍尔位置传感器其中：1.铜刀口上的基线 2读数显微镜 3刀口

7、4横梁 5铜杠杆（顶端 装有95A型集成霍尔传感器） 6.磁铁盒 7磁铁（N极相对放置） 8.调节 架 9.砝码 实验数据表3黄铜样品的数据M/gZ/mm0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.00U/mv2.0752.1752.328180087MZo a .a a 4 a o b侍 f t ZZmm2.4782.5832.7782.908276356447526图5 M-U-Z曲线表4黄铜的规格数据d刀口距离/cm22.9822.8923.0222.96a梁宽/mm0.9820.9810.9780.979b梁宽/cm2.2802.2642.2902.272用直尺测量

8、横梁的长度d,游标卡尺测其宽度b,千分尺测其厚度a,测量数据分别为 d = 22.96cm， b = 2.277cm， a = 0.980mm， g 取 9.8 m/ s2。用逐差法法对数据处理，算出样品在M=30.0g的作用下产生的位移量AZ。表5位移测量与杨氏模量计算AZ /mm0.4030.4080.4500.430Y ( N / m 2)1.029*10111.016*10110.921*10110.964*1011杨氏模量Y = 9.825*1010N /m2，对照该黄铜材料特性标准数据Y二10.55*101。N/m2百分误差为6.87%,测量结果并不是十分理想。用mat lab进行

9、一次线性拟合，求解霍尔位置传感器的灵敏度为：K = 6 . 22 * 10 2 mv / mmA Z2. 光杠杆法测杨氏模量光杠杆原理就是利用光杠杆放大法进行测量，测量微伸长量。以铜杠杆的三眼 插座为支点，把激光笔绑在铜杠杆的一端，如图6所示。被测点力支点的距离为xl,投 影屏到支点距离为x2。由于光杠 杆后足将随北侧点的下移而变动它 的位置，从而激光笔在投影屏上的 店也会随着变化，经过光杠杆放大 后，当x2x 1时，在投影屏上移动 的距离Y将会大于被测点下移的距 离Z。图6光杠杆原理被测点上下移动以微小距离AZ,则评上光点移动的距离AY将远远大于被测点的移动，这样微小变量AZ就被放大成AY，

10、就便于观测长度的微小变化。 忽略一些因素的影响，可以把两个大小三角形看出近似三角形，则AZx1AY表6光杠杆法M/g0.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0Y/cm0.00.450.901.401.992.593.023.493.884.28用直尺测得 xl=5.51cm, x2=229.62cm, g 取 9.8m/s2。用逐差法法对数据处理，算出样品在M=50.0g的作用下产生的位移量口。并带入公式(5)计算杨氏模量。表7位移测量与杨氏模量计算AZ /mm0.62150.61670.62150.59510.5495Y（ N / m 2）11.132*1

11、01011.219*101011.132*101011.626*101012.590*1010杨氏模量Y = 11.5398*101。N / m2，对照该黄铜材料特性标准数据Y二10.55*1。10N/m2百分误差为9.38%，测量结果并不是十分理想，实验中存在 误差比较大。三光学实验光学发展简史光学(op tics)是物理学的一个重要组成部分，是研究光的本性、光的传播和光 与物质相互作用的学科。光学的应用非常广泛，它不仅在科技领域中起着重要作 用，而且也与人类日常的生活活动息息相关。例如，从最早期光学望远镜的设计到 现在各种光学仪器的研制都无不与几何光学紧密相联，可以说几何光学就是为设计 各

12、种光学仪器而发展起来的专门学科；而在波动光学中，利用光的干涉原理制成的 各种干涉仪器仍是目前精密测量中无可替代的手段，许多重要的分光仪器则是依靠 衍射光栅来工作的；光谱分析不仅是人类认识物质的微观结构，如原子结构、分子 结构等的窗口，也是人类窥探宇宙天体信息的重要工具；最近几十年来，激光的发 明和现代光学的迅速发展又把人类带入了一个神奇的信息化高科技时代。这里对光学的发展历史作一简要介绍。光学发展大致分为一下5个时期：1. 萌芽时期：远古到十六世纪初；2. 几何光学时期：十六世纪中叶到十八世纪初；3. 波动光学时期：十九世纪初到十九世纪末；4. 量子光学时期：十九世纪末到二十世纪初；5. 现代

13、光学时期：二十世纪六十年代至今。一萌芽时期 这一时期，对简单光现象进行了记载并做了不系统的研究，观察了光的反射折 射，研究了凸透镜凹面镜，总结成像规律，制造简单的光学仪器。中国古代对光的认识是和生产、生活实践紧密相连的。它起源于火的获得和光 源的利用，以光学器具的发明、制造及应用为前提条件。根据籍记载，中国古代对 光的认识大多集中在光的直线传播、光的反射、大气光学、成像理论等多个方面。二 几何光学时期几个光学时期是光学发展的转折点，系统研究了光现象和光学仪器，建立了直 线传播定律、反射定律、折射定律；提出了费马原理、光程、光强、颜色等概念， 并观察了棱镜光谱等较复杂的光现象，建立、巩固和发展了

14、牛顿微粒学说。同时， 波动理论开始萌芽。荷兰的李普塞在1608年发明了第一架望远镜。开普勒于1611年发表了他的著 作折光学，提出照度定律，还设计了几种新型的望远镜，他还发现当光以小角 度入射到界面时，入射角和折射角近似地成正比关系。折射定律的精确公式则是斯 涅耳和笛卡儿提出的。1621年斯涅耳在他的一篇文章中指出，入射角的余割和折 射角的余割之比是常数，而笛卡儿约在1630年在折光学中给出了用正弦函数 表述的折射定律。接着费马在1657年首先指出光在介质中传播时所走路程取极值 的原理，并根据这个原理推出光的反射定律和折射定律。综上所述，到十七世纪中 叶，基本上已经奠定了几何光学的基础。十七世纪下半叶，牛顿和惠更斯等把光的研究引向进一步岁展的道路。在以牛 顿为代表的微粒说占统治地位的同时，由于相继发现了干涉、衍射和偏振等光的被 动现象，以惠更斯为代表的波动说也初步提出来了，因而这个时期也可以说是几何 光学向波动光学过渡的时期，是人们对光的认识逐步深化的时期。三 波动光学时期这个时期建立了光的波动理论，圆满解释了光的干涉、衍射和偏振现象；通过 迈克尔孙干涉仪否定了“以太”的存在，提出并证实了光的本质就是电磁波。到了十九世纪，初步发展起来的波动光学体系已经形成。杨的双缝干涉和菲