静电场场强测量仪设计毕业论文.docx

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1、静电场场强测量仪设计毕业论文目录第1章绪论11.1 设计场强测量仪的背景及意义11.2 静电场场强测量仪研究的国内外研究现状11.2.1 测量电电场常用的研究方法11.2.2 场强测量仪的国外研究现状2123场强测量仪的国内研究现状31.3 本课题研究的主要内容3第2章 整体方案设计42.1 总体实现原理概述42.2 系统主要元器件的介绍42.2.1 霍尔传感器42.2.2 集成运放52.2.3 A/D 转换器6224液晶显示器72.3 关键技术难点与解决途径7第3章静电场场强测量仪的具体设计83.1 霍尔元件83.1.1 霍尔效应83.1.2 霍尔元件模型的创建93.1.3 D/DA转换电路

2、103.2 基准电压的设计123.3 调理电路模块的设计123.3.1 信号处理与采集电路123.3.2 仪表放大单元123.3.3 数字调零143.4 A/D转换电路143.5 液晶显示单元153.6 单片机及存储系统16第4章系统软件设计174.1 主程序软件设计174.2 A/D软件设计184.3 数据处理模块204.4 液晶显示单元软件设计20第5章仿真结果及分析24结论26致谢27参考文献28附录1吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计（论文）第1章绪论1.1 设计场强测量仪的背景及意义静电场普遍存在于人们的生产生活中，是一种可控的物理场，具有其独特的性能。近年来，随着经济的快速

3、发展，人们对物质生活的要求越来越高，电视机,电冰箱，空调，电脑等各种高科技电器产品都已普及千家万户。然而，科学研究发现，各种电子产品或电子设备在人们的使用过程中都会产生一种对人体具有潜在危害的物质一电磁波，这些电磁波对人体产生辐射作用。常见的例如，为什么人坐在电脑前久了皮肤会变差？严重的特别是高频电磁波和强度较大的电磁场作用于人体后，导致人的精力和体力集聚衰退，容易得白内障、心血管等疾病，甚至导致人类免疫机能的下降，从而引起癌症等病变。这些困扰人们生活的其中之一就是电磁场辐射。可见，静电场的测量极为重要，FI前静电场的测量已广泛应用于工业、电子、通讯和国防等科学研究，但是高精度、场强测量仪多用

4、于科学研究，且价格昂贵,因此开发一种价格低廉，场强测量仪具有较强的应用价值及重大意义。1.2 静电场场强研究的国内外研究现状1.2.1 测量电场常用的研究方法测量电磁场方法如下：1 .电磁感应法在电磁感应定律中得到了电磁场强度。一些屏蔽措施与接地是这些测量和单线圈的重要环节。我们这样做可以使系统更加稳定与牢固。我们要算出电流的计算值，然后再将磁场的数值与原来的数值进行比较,如果差别很小的话,就说明这个方案是可以的。这里有很多问题，但最主要的问题就是屏蔽的问题。我们要更多的去了解那些问题，才可以让方案更好的实施。2 .霍尔效应法霍尔效应法是可以测量传感器数值的办法。它是由电外部的电源来给提供电压

5、的，从而获得电流。这种方法有很多好处，它可以调节我们制作电路图中电阻,从而得到我们想要的电流数值。它的作用就是可以显示仪表的数值还可以记录仪器中的输入阻抗。霍尔元器件一般在仪器中的作用就是记录磁通的状态，开关的属性就是随着材料的不同而不动，当我们设计中需要的磁场达到饱和状态，我们都会按照要求选择元器件的开关。它采用霍尔传感器的电位，相应的范围太小，阻力。通过不断输入励磁电流作为传感器的输出。3 .电阻效应法电场的变化就是随着电阻的变化而变化。这些效应的变化就是在这个力的作用下变化而来的。在系统达到稳定的时候也就是电场力等于这个力，载流子在两端集聚产生霍尔电场，速度较慢的载流子偏向于电场力方向，

6、大大减少，从而使电阻增加该方法的一个装置将在一个外部磁场和一个串联电阻，在电流源连接的电阻，通过调整约束装置的尺寸大小的电流，用电压表测量电压和电阻可以抑制电压，最后电力。4 .电通门法这就是传感器的最主要的材料。它的属性很好，材料更加稳定。我们需要有两个线圈都是围绕着它来运转的。在这两个线圈的运转上我们可以确定信号的来源以及变化。我们可以通过电场来判断磁场以及谐波的变化。这些方法各有优缺点，核磁共振光谱测量方法具有较高的灵敏度，但测量误差是比较大的。高分辨率的我的门方法测量约10赫兹的频率，但是，只适用于测量缓变的恒定磁场对一般职业低，测量地磁勘探。是一种理想的方法来测量的霍尔器件，具有灵敏

7、度高，体积小，一个范围广泛的频率和温度可以测量的，而且这种方法不仅能测量恒定电场,还能测量交变电场，简单、方便又可靠。1.2.2 场强测量仪的国外研究现状当然，必须有相应的静电场的测量仪器检测场强测量仪的过程中需要很多测量仪来检测。我们要通过了解这些测量仪的知识与用法才能知道它的频率。1 .宽带辐射测量仪现在比较这种测量仪的结构都是由两个探头来组成的。这种测量的是通过测量流过电阻的大小来判断数据的从而我们能测量出来数值。它的探头是通过的它反应的快慢。来实现天线的长度小于半波长。这个仪器是由二极管，正交天线组成的，它这样就能确保检测到子弹的速度。2 .选频式窄带辐射测量仪这是一种在我们日常生活中

8、常见的测量仪。它测的电场强度比较的小的东西。选它是通过测量频率来确定场强的。它的测量范围比较小，但是他的优点就是他的精准度要比一般的测量仪要精准的多。在一些特定的情况下我们只能用这种测量仪，它的实用与便捷为我们生活提供了很多便利。1.2.3 场强测量仪的国内研究现状1 .液注式测量仪1998年，苏永宏等对高绝缘性烽类液体燃料的静电雾化进行了试验研究，所采用的试验装置由静电雾化器、高压电源和测量装置三部分组成，高压电源采用电压。60KV的直流高压电源和高压脉冲电源两种，油雾颗粒尺寸测量用Malvern ST2600测量仪，利用Fraunhofer衍射法，并由摄像器拍照成放大四倍的图片。在试验中发

9、现，采用高压脉冲电源时其雾化效果优于直流高压，但当电压达到某一最大值时，充电水平骤然下降，平均电荷密度大幅度下降，对此苏永宏等运用Kelly理论将其看成液柱表面电晕放电进行了解释。2 .雾化式测量仪2002年，江苏理工大学以煤油为喷雾介质，研制了非极性燃料的充电装置和喷雾试验台并对煤油的荷电特性和雾化特性进行了实验研究，首次采用P1V技术对荷电喷雾流场进行了测量和分析，通过电晕荷电实现了非极性绝缘液体的雾化，并发现：荷电能有效的减少雾滴粒径的大小；荷质比增加，射流扩散角增大。1.3 本课题研究的主要内容本课题主要研究静电场的检测方法，结合智能测量技术实现静电场测量的数字化和自动化。使其在测量过

10、程中灵敏度高、体积小、适应频率和温度范围宽,而且既可测量恒定电场，乂可测量交变电场。现在我们生活中需要更加深入的了解太阳能，开发出更加方便的能源。社会污染的比较严重，我们就要进一步的研究一些更加环保的能源，为我们这个美丽的家园尽自己全部力量。我想在以后的社会里我们开的汽车都会是用电的，不要再用汽油了。所以我会更加努力，争取在我的有限的时间创造出无限的价值。第2章整体方案设计本章将首先介绍一种静电场场强测量仪的总体设计方案，并对该设计方案的重要元件加以介绍。然后对该设计方案的关键技术难点和解决方法进行进一步的说明。2.1 总体实现原理概述系统主要由霍尔传感器、A/D转换器、微处理器、LCD组件的

11、硬件系统，磁强，如图21。霍尔元件输出的霍尔电压的区域科尔放大A/D转换，通过单片机实时采集处理.、计算机硬件、软件的实现思想，并将采集数据通过程序个软件的计算和存储的液晶屏显示相应的位移和电感应的霍尔电压，并将数据存储在R单片机的结果，以便产生的位移。可以实时显示。图2-1总体设计方案2.2 系统主要元器件的介绍2.2.1 霍尔传感器设计系统就需要采集信号，在这里我用的是传感器来采集的信号。本设计用到的霍尔传感器型号为AH350oAH350线性霍尔传感器由电压调整器，霍尔电压发生器，线性放大器和射极跟随器组成。其输入是电磁感应强度，输出是和输入量成正比的电压。AH35O产品不仅线性好，灵敏度

12、高，输出电阻小，便于设计中的使用，而且它功耗比较低，温度稳定性较好，寿命长，深受使用者的喜爱。这些参数如表2-1和表2-2所示；表2-1极限参数参数符号型号与量值单位电源电压Vcc6V电磁感应强度B不限mT工作环境温度TA20+85高温存储温度TS150表2-2霍尔传感器的电特性参数符号测试条件最小值典型值最大值单位电源电压Vcc4.56V电源电流Icc914mA静态输出电压VoutB=02.25 2.52.52.75V乂敏度SB=90mT7.513.517.5mV/mT2.2.2 集成运放设计系统在完成信号的采集之后，要对信号进行放大，因此，需要用到集成运放。集成运放是一种高增益多级直接耦合

13、运算放大器，其应用一般分为反相放大器，同相放大器，差分放大器等，内部结构如图2.2所示。本设计用到的集成运算放大器型号为OP07。图2-2内部结构图OP07是低噪声高精度运算放大器，具有无限大的差模输入电阻、趋于零的输出电阻和无限大的差模电压增益及共模抑制比，其共模抑制比为126dBo具有较低的输入失调电压，较低的输入噪声电压幅度和无限大的频带宽度。当V0为有限值时，则输入的差模电压就必须趋于零。同时采用差分输入阻抗是无限的，所以在输入电流集成放大器。OP07元件图如图2-3所示。OP07运算放大器作用十分广泛，可应用于电压比较器，稳定积分，绝对值电路及微小信号的精确放大。尤其适用于航天、军工

14、及要求微型化的、可靠性高的精密仪器中。图2-3 OP07元件图2.2.3 A/D转换器设计系统在数据输出过程中需要通过A/D转换才能有效输出。原因在于霍尔传感器采集的信号转换为模拟信号，使读取数据的模拟信号的数字信号。A/D转换器即为模拟信号与数字信号之间的转换，也称模数转换器。本系统采用的A/D转换器型号为TLC1543,如右图2-3所不。TI公司设计的多通道、价格低。而且性能超级好，还有就是检测方便简单。该转换器采用串行通信接口，可以任意三个内部测试或测试，可广泛应用于各种大数据采集系统。TLC1543的分辨率为10位，电源电压为5V,接口形式为串行数据总线接口，转换时间为10us。它有11路模拟信号输入端，模拟信号输入由内部多路器选择。U5o 1NINAlAl2AI3 4ININAlAl12145 6 7 8 9N N N N NAIAIAIAIAIREF+REF-SDOADDRCSCLKEOC1677图2-3 A/D转换器2.2.4 ；攸晶显木器设计系统的A/D转换输出信号的液晶显示系统。液晶显示器的测量。因此系统中我用的是LCD1602这个型号的显示器。LCD1602液晶显示能力很强。最适合工作的电压为5V。为