[发明专利]一种高斯计和用于测量磁场强度的微控制器及控制方法

说明书

本发明涉及一种高斯计和用于测量磁场强度的微控制器及控制方法。其中高斯计包括恒流源、霍尔感应单元、信号处理电路、微控制器和显示器，所述霍尔感应单元由所述恒流源供电，用于在磁场中基于霍尔效应感生电压信号；所述信号处理电路将所述电压信号转换成数字信号；所述微控制器用于控制所述信号处理电路采样所述电压信号，并对转换后的数字信号进行处理得到对应的磁场强度值，统计单位时间内采样的磁场强度值及出现概率，作为该磁场的磁强输出至显示器。本发明通过统计磁场强度值的出现概率来表示磁场强度，有效地提高了磁场的测量精度，且无需增加额外的硬件滤波电路或者霍尔传感器，同时简化了软件算法。

技术领域

本发明涉及磁性测量领域，更具体地说，提供了一种高斯计和用于测量磁场强度的微控制器及控制方法，利用磁场的精细结构提高磁场测量精确度，直接提高斯计的测量精度，以及三维霍尔感应器的空间定位精度。

背景技术

霍尔效应已被广泛利用在磁场感应强度测量中。倘若在导体或半导体中通过恒定电流,同时垂直电流方向上施加磁场，则于垂直两者方向上产生电动势。透过测量得此电动势便可知磁场的磁感应强度。

实际测量过程中，即使在同一个位置点上，使不同型号的高斯计皆会产生不同的测量结果。一般不认为这是测量错误，而是由于霍尔感应器的尺寸不同所导致。即使采用同一高斯计，测量结果往往也难以得出稳定值，尤其是在弱磁场环境下。为了提高测量精度，人们采用了各种不同的改进方案。第一种方案是在高斯计中增设硬件滤波电路；第二种方案是在同一高斯计中使用多个霍尔感应器进行测量，并归纳最终的结果；第三种方案是在数据处理过程中使用应用数值分析或数字信号分析等手段，例如平均法或移动平均法、曲线拟合或数字滤波等方式计算磁场强度。这些方法虽然可在一定程度上提高测量精度，但也提高了硬件成本或者增加了软件算法复杂度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有高斯计提高精度测量的方案存在硬件成本高或软件算法复杂的缺陷，提供一种通过统计单位时间内采样的磁场强度值及出现概率来表示磁场强度的高斯计，以及用于测量磁场强度的微控制器及控制方法。

本发明的第一方面，提供了一种高斯计，包括恒流源、霍尔感应单元、模数转换单元、微控制器和显示器；

所述霍尔感应单元由所述恒流源供电，用于在磁场中基于霍尔效应感生电压信号；

所述模数转换单元与所述霍尔感应单元电连接，将所述电压信号转换成数字信号；

所述微控制器与所述模数转换单元和显示器电连接，用于控制所述模数转换单元采样所述电压信号，并对转换后的数字信号进行处理得到对应的磁场强度值，统计单位时间内采样的磁场强度值及出现概率，作为该磁场的磁强输出给所述显示器进行显示。

在根据本发明所述的高斯计中，所述微控制器统计单位时间内采样的磁场强度值B₁、B₂、……、B_i及对应的出现次数m₁、m₂、……、m_i，通过以下公式计算各个磁场强度值的出现概率P(B₁)、P(B₂)、……、P(B_i)：P(B_k)＝m_k/n；其中，1≤k≤i，n为单位时间内采样的总数；所述微控制器输出[B₁，P(B₁)]、[B₂，P(B₂)]、……、[B_i，P(B_i)]作为该磁场的磁强。在根据本发明所述的高斯计中，所述微控制器预先测得磁场强度与测量距离的对应关系表，并根据当前单位时间内采样的磁场强度值及出现概率查找对应的距离值。

在根据本发明所述的高斯计中，所述恒流源、霍尔感应单元、模数转换单元采用三维霍尔感应器实现，且该三维霍尔感应器在磁场的三个维度上感生电压信号并进行模数转换；