北京樂真科技有限公司
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閱讀：243發(fā)布時間：2011-4-8
四位半高斯計以其1/30000量程的高分辨率為用戶提供10倍于傳統(tǒng)三位半產(chǎn)品的磁場解析能力。樂真科技的高斯計產(chǎn)品在此基礎上大幅度提高磁場測量速度。20讀數(shù)/s的測量速率有助于揭示實際磁場的微小波動，衡量磁場質(zhì)量，從而為用戶提供更具實際效果的磁測量能力，并突破市場上現(xiàn)有四位半產(chǎn)品低于3讀數(shù)/s的測量速度瓶頸。
樂真科技使用以下措施實現(xiàn)高速四位半磁場測量能力：
（1）低噪聲霍爾探頭
噪聲是實現(xiàn)高分辨率測量的主要限制因素，并且在高速測量時一覽無余?；魻柼筋^的噪聲可劃分為兩部分，即零場噪聲和高場噪聲。
零場噪聲由霍爾探頭的電流激勵產(chǎn)生，來源于探頭內(nèi)部雜質(zhì)擴散或離子注入工藝產(chǎn)生的晶格缺陷。缺陷導致明顯的散粒噪聲，噪噪聲頻譜主要集中于10Hz以下的低頻區(qū)域。在實際測量中表現(xiàn)為低磁場下高斯計末位讀數(shù)的不等時跳動，而等時跳動通常來源于空間工頻干擾。零場噪聲的單位為高斯G。
高場噪聲同樣由晶格缺陷造成，但由測量過程中霍爾探頭所承受的磁場激勵和由此導致的磁場向電壓的轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生。高場噪聲在低磁場下不明顯，但在高于3000G的強磁場下，高場噪聲由于電子與晶格缺陷之間的強烈作用而十分明顯，并造成強磁場測量中讀數(shù)末位不等時跳動。高場噪聲通常表示為被測磁場的百分比，其頻譜范圍與零場噪聲基本重疊。
零場噪聲通常限制高斯計的測量分辨率，例如0.1G或1G，而高場噪聲則決定可能的zui高讀數(shù)分辨率，例如四位半或三位半，或者以量程表示為1/30000量程或1/2000量程。
霍爾探頭的零場噪聲通常低于1G，因此大多數(shù)高斯計均可提供1G的分辨率。更高的分辨率，例如0.1G，將要求更低的零場噪聲，例如低于+/-0.1G，才可提供穩(wěn)定的讀數(shù)。
設計良好的霍爾探頭高場噪聲不大于0.005%。但在設計不周時則可能高達0.03%，并使得高斯計讀數(shù)在磁場高于3000G即出現(xiàn)可見的1G噪聲。0.03%的高場噪聲對于三位半高斯計產(chǎn)品并無影響，0.03%尚低于三位半產(chǎn)品的1/2000量程之比例，例如20000G下，噪聲為6G，而分辨率，即末位1個字為10G。但在四位半產(chǎn)品中，磁場高于3000G時，0.03%的高場噪聲即已顯露，至20000G時高場噪聲將對讀數(shù)末位造成+/-個字的嚴重擾動而無法接受。
固然，采用簡單的平均濾波方法可以抑制噪聲的部分影響，但這種方法將顯著降低高斯計的讀數(shù)速率，使讀數(shù)產(chǎn)生遲滯，并無法滿足現(xiàn)代高速測量之需求。
因此，為達到四位半，即1/30000量程的有效分辨率，樂真科技將霍爾探頭的高場噪聲限制于0.003%以內(nèi)，以保證在高至20讀數(shù)/s的高速測量中盡可能消除高場噪聲的影響，為測量者提供穩(wěn)定的高場高分辨率讀數(shù)。
（2）精密且快速的測量電路
與電阻測量類似，基于霍爾相應的高斯計對磁場的測量實質(zhì)為有源激勵測量。根據(jù)霍爾效應原理，霍爾探頭必須在一定電流激勵下工作，并完成由磁場向電壓的轉(zhuǎn)換。因此高斯計內(nèi)部測量電路可劃分為提供有源激勵的電流源和用于測量的電壓表兩部分。
由于探頭零場噪聲和高場噪聲均在電流源激勵下產(chǎn)生，因此電流源自身的紋波和噪聲將同時導致表象讀數(shù)上的假性零場噪聲和高場噪聲，并且在任意被測磁場下均有體現(xiàn)。
0.05%的激勵電流噪聲對三位半高斯計不產(chǎn)生任何可見的影響。但對于四位半產(chǎn)品，尤其在高于2000字讀數(shù)的情形下，由于電流噪聲通常來自于電路中的工頻干擾，將造成讀數(shù)末位的明顯等時跳動，在zui的30000字滿量程時，跳動幅度將達到+/-15字。以30000G滿量程為例，跳動為+/-15G。
激勵電流噪聲可通過平均濾波方法消除，但將降低測量速率。為滿足四位半分辨率的高速磁場測量要求，樂真科技高斯計產(chǎn)品內(nèi)部電流源的總噪聲/紋波成分的有效值限制于0.003%以內(nèi)，對磁場高速測量的噪聲貢獻即使在四位半分辨率和滿量程測量時也可*忽略。
電壓表自身的噪聲通常在磁場讀數(shù)上表現(xiàn)為假性的零場噪聲。此外，由于霍爾探頭內(nèi)部傳感器具有相對較高的輸出阻抗，電壓表必須具有足夠高的輸入阻抗，以避免自身輸入偏流造成的測量誤差。為實現(xiàn)高速四位半測量，電壓表還需具有足夠高的有效分辨率，以及在此分辨率下具有足夠高的測量速率。
傳統(tǒng)表頭式數(shù)顯高斯計采用數(shù)字表頭作為電壓表，但常見數(shù)字表頭的分辨率僅為三位半，或1/2000量程。即使使用四位半表頭，其zui高讀數(shù)速率也僅為2.5讀數(shù)/s，不足以提供足夠高的測量速度。
樂真科技的高斯計使用微處理器控制的ADC構成四位半電壓表，并同時提供20讀數(shù)/s的快速測量能力。這種架構更突出的優(yōu)勢在于微處理器提供的計算機接口控制能力，例如F1205和F1215，從而更適應自動化測量系統(tǒng)要求，而數(shù)字表頭型產(chǎn)品則很難提供這一功能。
此外，樂真科技程控高斯計中的電壓表還進一步支持測量系統(tǒng)常用的外部觸發(fā)測量功能。這些型號可在外部硬件觸發(fā)信號控制下，測量觸發(fā)時刻的磁場值。在需要高速測量的應用中，程控型號，例如F1205、F1206、F1208及其對應的交直流型號F1215、F1216和F1218，可根據(jù)外部觸發(fā)信號的頻率實現(xiàn)zui高50讀數(shù)/s高速率，同時保證四位半讀數(shù)的高穩(wěn)定性。速度稍低的F1207和F1217也可達到20讀數(shù)/s的觸發(fā)測量速率。
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