Различия

Показаны различия между двумя версиями страницы.

Ссылка на это сравнение

Предыдущая версия справа и слеваПредыдущая версия
Следующая версия		Предыдущая версия
lab1:experiment_13new [2019/07/08 09:30] – [Анализ данных] root_slab1:experiment_13new [2026/09/04 06:05] (текущий) – внешнее изменение 127.0.0.1
Строка 6: Строка 6:
 ==== Экспериментальная установка ==== ==== Экспериментальная установка ====
  
-{{ :lab1:p2.jpg?direct&600 |}}+/* {{ :lab1:p2.jpg?direct&600 |}} */
  
-Схема экспериментальной установки приведена на рис. 2. В работе используются 3 датчика Холла SS94A1F (рис. 3). +Схема экспериментальной установки приведена на рисунке: 
 + 
 +{{ :lab1:выделение_052.jpg?direct&600 |}} 
 + 
 +В работе используются 3 датчика Холла SS94A1F (рис. 3): 
  
 {{ :lab1:p3.jpg?direct&400 |}} {{ :lab1:p3.jpg?direct&400 |}}
Строка 14: Строка 18:
 Датчики данного типа содержат встроенный усилитель, которому требуется два источника питания: один с положительной полярностью, другой с отрицательной. Сигнал измеряется относительно центральной точки источников. На схеме датчики изображены треугольниками, треугольники обозначают усилитель сигнала. Параметры датчика Холла приведены в таблице 1. Все три датчика Холла расположены в едином блоке с прозрачной крышкой. Датчики данного типа содержат встроенный усилитель, которому требуется два источника питания: один с положительной полярностью, другой с отрицательной. Сигнал измеряется относительно центральной точки источников. На схеме датчики изображены треугольниками, треугольники обозначают усилитель сигнала. Параметры датчика Холла приведены в таблице 1. Все три датчика Холла расположены в едином блоке с прозрачной крышкой.
  
-В работе используется компьютерный осциллограф [[tex:handyscope_hs3|Oscilloscope Handyscope HS3]]. Он имеет два канала регистрации, в работе можно использовать только один канал и подключать его по очереди к каждому из датчиков.+В работе используется универсальный вольтметр [[tex:gdm-8135|GDM-8135 ]] или USB осциллограф [[tex:handyscope_hs3|Oscilloscope Handyscope HS3]], который имеет два канала регистрации, но работе можно использовать только один канал подключая его по очереди к каждому из датчиков.
  
 **Таблица 1** **Таблица 1**
Строка 32: Строка 36:
  
  
-Источник питания должен быть включен в режиме Series, тогда + первого источника будет соединен с --- второго и будет являться центральной точкой. Напряжение питания датчиков от 4.5 до 10.5 В, на шкале отображается \textbf{половинное} напряжение, рекомендуемое напряжение 6.6 В, т.е. 3.3 В по шкале источника. Напряжение питания датчиков изменять не следует в течение всех экспериментов!!! Ограничение по току следует выставить 0.1--0.2 А на обоих источниках. Включение источника питания производится кнопкой Power. Подача питания на датчик Холла осуществляется нажатием кнопки OUTPUT, на источнике питания над кнопкой Power, при этом загорается лампочка «ON».+Источник питания [[tex:gps4303|GPS-4303]] должен быть включен в режиме Series, тогда <<плюс>> первого выхода источника будет соединен с <<минусом>> второго выхода и будет являться центральной точкой. Напряжение питания датчиков от 4.5 до 10.5 В, на шкале отображается **половинное** напряжение, рекомендуемое напряжение 6.6 В, т.е. 3.3 В по шкале источника. Напряжение питания датчиков изменять не следует в течение всех экспериментов!!! Ограничение по току следует выставить 0.1--0.2 А на обоих источниках. Включение источника питания производится кнопкой Power. Подача питания на датчик Холла осуществляется нажатием кнопки OUTPUT, на источнике питания над кнопкой Power, при этом загорается лампочка «ON».
  
-==== Магнитометр трехосевой цифровой на базе микросхемы QMC5883} ====+/* 
 +==== Магнитометр трёхосевой цифровой на базе микросхемы QMC5883} ====
  
 В качестве альтернативы предлагается использовать цифровой магнитометр, описание которого представлено в данном разделе. Преимуществом магнитометра является то, что все три компоненты поля измеряются почти в одном и том же месте и не требуется пересчитывать поле в одну точку. В то же время максимальное поле измеряемое магнитометром в 10 раз ниже поля измеряемого датчиками холла. На расстояниях близких к магниту датчик магнитометра перейдет в режим насыщения, и будет показывать максимальное измеримое поле. Следует спросить у преподавателя, следует ли использовать датчики Холла или цифровой магнитометр. Так же возможно использовать одновременно оба подхода и сравнивать результаты. В качестве альтернативы предлагается использовать цифровой магнитометр, описание которого представлено в данном разделе. Преимуществом магнитометра является то, что все три компоненты поля измеряются почти в одном и том же месте и не требуется пересчитывать поле в одну точку. В то же время максимальное поле измеряемое магнитометром в 10 раз ниже поля измеряемого датчиками холла. На расстояниях близких к магниту датчик магнитометра перейдет в режим насыщения, и будет показывать максимальное измеримое поле. Следует спросить у преподавателя, следует ли использовать датчики Холла или цифровой магнитометр. Так же возможно использовать одновременно оба подхода и сравнивать результаты.
Строка 51: Строка 56:
  
  
-**Кнопка стирания данных калиброки датчика из памяти**+**Кнопка стирания данных калибровки датчика из памяти**
  
 Кнопка служит для очистки старых данных калибровки. Это может понадобиться при замене магнито--сенсорного модуля на другой. В этом случае необходимо очистить данные калибровки из памяти устройства, нажав указанную кнопку, и, затем включить режим калибровки для формирования новых данных калибровки. Кнопка служит для очистки старых данных калибровки. Это может понадобиться при замене магнито--сенсорного модуля на другой. В этом случае необходимо очистить данные калибровки из памяти устройства, нажав указанную кнопку, и, затем включить режим калибровки для формирования новых данных калибровки.
Строка 83: Строка 88:
 Второй разъем служит для подключения шлейфового многожильного провода модуля трех-осевого магнитного датчика. Второй разъем служит для подключения шлейфового многожильного провода модуля трех-осевого магнитного датчика.
  
 +*/
  
 ==== Порядок выполнения работы ==== ==== Порядок выполнения работы ====
Строка 117: Строка 122:
 г) Передвинуть магнит в новую точку и произвести измерение всех трех компонент магнитного поля. При перемещении магнита следует помнить, что магнитный момент это векторная величина. Следует сохранять ориентацию магнита в пространстве, не поворачивать и не переворачивать его. Смещение магнита производить параллельным переносом вдоль линейки (вдоль оси Х). Переместившись в новую точку, следует дождаться момента, когда картинка приобретет вид константы и тогда записывать измеренное значение. г) Передвинуть магнит в новую точку и произвести измерение всех трех компонент магнитного поля. При перемещении магнита следует помнить, что магнитный момент это векторная величина. Следует сохранять ориентацию магнита в пространстве, не поворачивать и не переворачивать его. Смещение магнита производить параллельным переносом вдоль линейки (вдоль оси Х). Переместившись в новую точку, следует дождаться момента, когда картинка приобретет вид константы и тогда записывать измеренное значение.
  
-д) Требуется произвести измерение как минимум в 10ти точка по оси Х, для всех трех компонент магнитного поля. На близких расстояниях, где поле значительно меняется, следует выбирать маленький шаг 1-5 мм, на значительном расстоянии 10-50 мм. Характерный вид зависимости представлен на рис. 4.+д) Требуется произвести измерение как минимум в 10ти точка по оси Х, для всех трех компонент магнитного поля. На близких расстояниях, где поле значительно меняется, следует выбирать маленький шаг 1-5 мм, на значительном расстоянии 10-50 мм. Характерный вид зависимости представлен на рис. 5.
  
 Для последующей обработки результатов вам потребуются координаты каждого из датчиков (нужно будет вычислять вектор расстояния от центра магнита до центра датчика). Координаты следует записать в тетрадь. Нужно записать чувствительность датчика 25 мВ/Гс $\mathrm{\pm}$ 0.5 мВ/Гс.  Для последующей обработки результатов вам потребуются координаты каждого из датчиков (нужно будет вычислять вектор расстояния от центра магнита до центра датчика). Координаты следует записать в тетрадь. Нужно записать чувствительность датчика 25 мВ/Гс $\mathrm{\pm}$ 0.5 мВ/Гс. 
Строка 137: Строка 142:
 1. Для анализа данных вам потребуется таблица с результатами измерения всех трех компонент магнитного поля постоянного магнита. В таблицу записаны напряжения, которые нужно перевести в значения магнитного поля. Из значений напряжения нужно вычесть значение напряжения смещений и разделить на чувствительность датчика, которая составляет 25 мВ/Гс для датчика SS94A1F. 1. Для анализа данных вам потребуется таблица с результатами измерения всех трех компонент магнитного поля постоянного магнита. В таблицу записаны напряжения, которые нужно перевести в значения магнитного поля. Из значений напряжения нужно вычесть значение напряжения смещений и разделить на чувствительность датчика, которая составляет 25 мВ/Гс для датчика SS94A1F.
 $$ $$
-B=\frac{U_{x} -U_{0x} [Гс]}{25[мВ]}  +B[Гс]=\frac{(U_{x} -U_{0x}) [мВ]}{25[мВ/Гс]}  
 $$ $$
  
 Обратите внимание, что напряжение должно быть в мВ, чтобы получить поле в Гс. Напряжение смещения $U_{0x}$ для всех трех датчиков различается. Обратите внимание, что напряжение должно быть в мВ, чтобы получить поле в Гс. Напряжение смещения $U_{0x}$ для всех трех датчиков различается.
  
-2. Далее следует рассчитать неопределенность измерения магнитного поля. Значение стандартного отклонения, следует разделить на корень из числа измерений (число «самплов» осциллоскопа), а затем перевести в магнитное поле разделив на чувствительность датчика.+2. Далее следует рассчитать неопределенность измерения магнитного поля. Значение стандартного отклонения, следует разделить на корень из числа измерений (число «sample» осциллоскопа), а затем перевести в магнитное поле разделив на чувствительность датчика.
  
 3. Постройте график зависимости компонент магнитного поля от расстояния. Нанесите на график ошибку измерений в каждой точке, предполагая, что данная ошибка не зависит от расстояния и величины магнитного поля.  3. Постройте график зависимости компонент магнитного поля от расстояния. Нанесите на график ошибку измерений в каждой точке, предполагая, что данная ошибка не зависит от расстояния и величины магнитного поля. 
Строка 171: Строка 176:
 $$(\vec r\cdot \vec B(r))=\frac{3r^{2} (\vec r\cdot \vec m)-(\vec r\cdot \vec m)r^{2} }{r^{5} },$$ $$(\vec r\cdot \vec B(r))=\frac{3r^{2} (\vec r\cdot \vec m)-(\vec r\cdot \vec m)r^{2} }{r^{5} },$$
 $$(\vec r\cdot \vec m)=\frac{(\vec r\cdot \vec B(r))}{2} r^{3},$$ $$(\vec r\cdot \vec m)=\frac{(\vec r\cdot \vec B(r))}{2} r^{3},$$
-$$(\vec B\cdot \vec m)=\frac{3}{2} (\vec B\cdot \vec r)^{2} \cdot r-B^{2} \cdot r^{3} }$$+$$(\vec B\cdot \vec m)=\frac{3}{2} (\vec B\cdot \vec r)^{2} \cdot r-B^{2} \cdot r^{3}$$
  
 И подставляя в $\vec m=\frac{r}{\left|r\right|^{2} } (\vec r\cdot \vec m)+\frac{\vec  B}{\left|B\right|^{2} } (\vec B\cdot \vec m)$ соответствующие выражения для скалярных произведений получим: И подставляя в $\vec m=\frac{r}{\left|r\right|^{2} } (\vec r\cdot \vec m)+\frac{\vec  B}{\left|B\right|^{2} } (\vec B\cdot \vec m)$ соответствующие выражения для скалярных произведений получим:
Строка 180: Строка 185:
  
 Обратите внимание, что величина поля быстро стремится к нулю с увеличением расстояния.  Обратите внимание, что величина поля быстро стремится к нулю с увеличением расстояния. 
 +
 +**Назад**  к [[теория13-new|теории]] или **далее** [[experiment_13|требованиям по отчету]] и контрольным вопросам
 +