只需少数元件的磁场探头

　　磁场计的流行名称是“高斯计”，市场上各种牌子和型号，其价格使许多业余爱好者和工程师无法承受。本设计实例把一种常见的 DMM（数字万用表）和单一半导体元件结合起来，以便测量磁通量密度和磁场强度。

　　图1列出了测量设备，由探头、电池组、DMM 组成。探头的有源元件由线性霍尔效应传感器构成。实际上任何线性霍尔效应传感器在这种应用中都好用，但这个探头版本使用 Allegro MicroSystems公司的A1323传感器，它产生与施加的磁场成比例的电压（参考文献1）。A1323依靠4.5V ~ 5.5V电源工作，它的静态输出电压（零磁场输出）取决于电源电压的50%。鉴于A1323的标称灵敏度是2.5毫伏/高斯，它对于4.5V电源电压提供的满刻度量程是1800高斯（4.5伏/2.5毫伏/高斯=1800高斯）。

　　施加一个朝向传感器正面南侧的磁场，就会增加传感器的输出电压，它与垂直于传感器标有品牌一面施加的磁场成比例，而施加一个位于同一面北侧的磁场 就会导致输出电压的成比例下降。对于4.5V电源，传感器的2.25V静态输出电压能增加到4.5V（对 900 高斯正南方磁场）或降低到 0

V（对900高斯正北方磁场）。传感器能检测直流磁场的强度和极性，而它的交流磁场带宽则延伸到了30 kHz。

　　探头的电路试验板版本包含一小块印制电路板，其长度足以适应操作者的手（图2）。传感器的引线连接到一段高质量的三导体屏蔽电缆和两个 10 nF 表面贴装解耦电容器。传感器的电源包含三块串联的小型1.5V 电池，总电压为4.5V。为了达到更大的满刻度量程，可用9V电池向7805 伏特计等5V稳压IC馈电，并在需要时添加一个通/断开关。应把电池放在伏特计附近。否则电池的钢制外壳会干扰被观察的磁场。应使用10nF SMD电容器来解耦传感器的输入和输出引脚。虽然提供较高直流精度和超过50kHz交流带宽的DMM能显示传感器的输出，但Fluke 公司的187 型DMM等具有RELΔ（“与参考读数的相对差值”）功能的DMM使直流磁场的测量和极性检测变得很容易（参考文献2）。

　　在电路组装之后，用两个4 mm香蕉形插头把探头的输出连到DMM。用一分钟时间预热，并把探头的传感器放在磁屏蔽外壳中。（编者按：可以用回收钢制或锡制同心圆食品罐头盒来制作磁屏蔽外壳。罐头盒的置放应使其未打开的一端指向相反方向。在较大罐头盒未打开的一端上钻一个小口来容纳传感器的输出电缆。）按DMM的RELΔ功能键。DMM 的显示器将传感器的2.25V静态电压输出值显示为0.0000V，表示探头针对零磁场校准完毕，可以使用了。

　　把探头从屏蔽外壳中取出，测量被观察的磁场。为了达到最高灵敏度，应使传感器的面垂直于磁场。如果磁场的方向未知，则使探头围绕其最长轴旋转来搜索最高电压。为了计算磁通量密度，把输出电压读数除以灵敏度（2.5毫伏/高斯）。例如，如果表头读数是-1.9800V，则磁场在正北向是792高斯。对于交流磁场测量，应使用DMM的真rms模式来读传感器的交流输出电压。

　　可用以下公式计算磁场在空气中的强度：B=m0×H，其中B表示磁通量密度，单位是特斯拉(teslas)，H表示磁场强度，单位是安培/米，m0=4p×10-7H/m（自由空间的磁导率）。鉴于特斯拉代表较大的测量单位，因此1T磁场相当强。

　　对于更大的测量分辨率，可用以下转换因子来使用更流行的单位高斯：10000 高斯=1特斯拉，1高斯=79.6安培/米，1.2560毫特斯拉=1000安培/米。磁场传感器的应用包括分析移动磁体线性位置探测器的故障、直流电机和扬声器制造、低频磁场干扰的研究、电磁干扰屏蔽装置的设计与制造。

参考文献
1.A1323 Ratiometric Linear Hall-Effect Sensor Data Sheet, Allegro MicroSystems Inc.
2.User's Manual, Model 187 189, True RMS Multimeter, Fluke Corp, www.fluke.com.