使用驻极体、霍尔元件的速度测量方法及装置.pdf

本发明涉及一种使用驻极体、霍尔元件的速度测量方法及装置。本发明装置使用了驻极体、霍尔元件、腔体、微处理器、显示器、电源。在腔体的一端安装驻极体，在对应的另一端安装霍尔元件。驻极体是一种电荷体，电荷体运动会在其路径周围产生感应磁场，感应磁场的方向、强度和电荷体的运动方向、速度有对应的关系。利用霍尔元件检测感应磁场的方向和大小，与霍尔电压的形式输出反馈到微处理器进行逻辑运算，就可以反向计算出物体的运动方向及运动速度。用3个这样装置组成xyz三维直角坐标系，可以测量物体在x轴、y轴、z轴方向的运动速度及方向。本装置可作为导航仪使用，测量飞船、飞机、火箭、导弹、轮船、汽车、火车的运动速度及方向。本装置可以测量旋转物体的旋转角速度的大小及方向。

权利要求书
1.  使用驻极体、霍尔元件的速度测量方法及装置，其特征在于，它主要包括：
——驻极体，用于产生感应磁场；
——霍尔元件，用于检测感应磁场的方向及感应磁场的磁感应强度，以霍尔电压形式输出电压信号反馈到微处理器；
——腔体，用于安装驻极体、霍尔元件；
——配套的电子设备，微处理器、显示器、电源，微处理器接收霍尔元件反馈的霍尔电压，根据特定的公式、参数进行编程逻辑运算，计算出物体的运动速度及方向，反馈运算结果到显示器，显示出物体的运动方向及运动速度，电源给整套装置提供电能。

2.  根据权利要求1的一种装置，其特征在于，腔体是一个长度固定的中空的物体，腔体有2种形式：
第1种腔体是密闭的，内部抽成高真空；
第2种腔体是敞开的，腔体内部和外部的介质可自由的流通、交换。

3.  根据权利要求1的一种装置，其特征在于，在腔体内的一端安装驻极体，另一端安装霍尔元件，驻极体、霍尔元件在水平安装在一条直线上。

4.  根据权利要求1的一种装置，其特征在于，腔体和测量物体安装固定在一起，驻极体、霍尔元件之间的连线及霍尔元件感受磁场的方向和物体的运动方向互相垂直。

5.  根据权利要求1的一种装置，其特征在于，霍尔电压UH方向和物体运动方向有对应关系，测量霍尔电压的方向，可以计算出物体的运动状态，是前进、后退还是静止的运动状态：
当UH为正时，可将物体的运动状态定为前进；
当UH为负时，可将物体的运动状态定为后退；
当UH为0时，可将物体的运动状态定为静止。

6.  根据权利要求1的一种装置，其特征在于，其工作原理是根据电荷体运动时会在其路径周围产生感应磁场，电荷体运动速度越大，磁感应强度就越大，磁感应强度的大小和电荷体的运动速度成正比的关系，用霍尔元件测量出磁感应强度的大小，以霍尔电压的形式输出，霍尔电压和磁感应强度的大小成正比的线性关系，反馈到微处理器进行逻辑运算，就可以计算出物体的运动速度，计算公式为：

v为物体的运动速度，UH为霍尔电压，k、c为常数，，，μ0为真空磁导率，Q为驻极体的电荷电量，r为霍尔元件和驻极体之间的长度，I、n、q、b为霍尔元件的参数，I为电流，n为载流子浓度，q为电量，b为霍尔元器件厚度，在校准后都是常数。

7.  根据权利要求1的一种装置，其特征在于，驻极体、霍尔元件、腔体、微处理器、显示器、电源可以集成为独立的模块化整体，和测量物体固定在一起。

8.  根据权利要求1的一种装置，其特征在于，本装置模块化后是可移动的，可从一个物体上拆下，安装到另外的物体上。

9.  根据权利要求1的一种装置，其特征在于，将本装置安装在旋转物体的转盘上，可以测量旋转物体的旋转线速度，也可以测量旋转物体的旋转角速度。

10.  根据权利要求1的一种装置，其特征在于，用3个这样的装置组成xyz三维直角坐标系，可以测量物体在x轴、y轴、z轴方向的运动速度及方向。

说明书使用驻极体、霍尔元件的速度测量方法及装置
技术领域
本发明是一种使用驻极体、霍尔元件的速度测量方法及装置，属于电学技术领域。
背景技术
本发明装置的工作原理是根据电荷体运动时会在其路径的周围产生磁场，磁场的方向和电荷体的运动方向有对应的关系，磁场的磁感应强度和电荷体的运动速度有正比的线性关系，用霍尔元件测量出磁场的方向和磁感应强度的大小，就可以反向计算出电荷体的运动速度。电荷体和测量物体是安装固定在一起的，因而就可以测量出物体的运动速度及方向。
本发明装置使用驻极体，驻极体是电荷极性和电荷量都固定不变的物体，用驻极体运动产生磁场，用霍尔元件检测磁场的强度，用微处理器根据特定的公式、参数进行逻辑运算，就可以计算出驻极体的运动速度，从而也就可以测量出物体的运动速度。
发明内容
使用一个中空的腔体3，在腔体3的一端安装驻极体，在另一端安装霍尔元件，精确测量驻极体和霍尔元件之间的长度r，输入微处理器保存。
把腔体3安装固定到测量物体上，使腔体3驻极体和霍尔元件之间的连线及霍尔元件感受磁场的方向和物体的运动方向互相平行（图中未画出物体，只画出物体的运动方向4）。
配套的电子设备，如微处理器 、显示器、电源使用（图上未画出电子设备）。
本公开发明所采用的技术方案是：
当物体静止时，驻极体没有运动，驻极体没有产生感应磁场，霍尔元件检测的磁感应强度为0，霍尔元件没有霍尔电压输出。
当物体运动时，驻极体随之运动，在其运动路径的周围产生感应磁场，霍尔元件检测出磁感应强度的大小，以霍尔电压形式输出，反馈到微处理器。若腔体3是密闭的高真空，真空磁导率为μ0，驻极体的正电荷电量为Q，运动速度为v，霍尔元件和驻极体之间的长度为r，则霍尔元件上的磁感应强度B为：

μ0、Q、r是常数，令，k是一个常数，所以。
用霍尔元件检测出穿过其中的磁场方向和磁感应强度大小。根据霍尔效应，在磁场里的霍尔元件上产生的霍尔电压UH和磁感应强度B有对应的线性关系，关系式为：

I、n、q、b为霍尔元件的参数，I为电流，n为载流子浓度，q为电量，b为霍尔元器件厚度，在校准后都是常数。令

则：

移项后，得

c为常数。
霍尔电压UH反馈输入到微处理器，微处理器根据方程式：


就可以计算出物体的运动速度，为：

k、c为常数，，
根据霍尔电压UH的方向，就可以判断物体的运动状态：
当UH为正时，可将物体的运动状态定为前进；
当UH为负时，可将物体的运动状态定为后退；
当UH为0时，可将物体的运动状态定为静止。
电荷的运动方向不同，产生的磁场方向也不同，霍尔电压的方向也不同。霍尔电压的方向和物体的运动方向有对应的关系。检测出霍尔电压的方向，反馈到微处理器，微处理器就可以根据特定的关系式计算出物体的运动方向。根据霍尔电压的大小，微处理器根据特定的公式、参数进行编程逻辑运算，就可以计算出物体的运动速度。反馈到显示器，就可以显示出物体的运动方向及运动速度。
如果腔体3是敞开的，则微处理器计算时使用腔体3周围介质的磁导率μ。
用3个这样的装置组成xyz三维直角坐标系，使用电脑进行逻辑运算，就可以测量出运动物体在立体空间中的x轴、y轴、z轴的运动方向和运动速度。
将装置安装在旋转的物体上，装置和旋转物体的中心距离为R，就可以测量出物体的旋转线速度v及旋转方向，根据公式：

就可以计算出物体的旋转角速度及旋转方向。
附图说明：
图1是本装置实施的正面示意图。
图2是本装置实施的另一个实施例的正面示意图。
图中：驻极体1、霍尔元件2、腔体3、物体运动方向4。
具体实施方式
参见附图1，腔体3是密闭的、抽成高真空的长方体腔体，驻极体1、霍尔元件2对应固定安装在腔体3的两端。测量驻极体1、霍尔元件2之间的长度r，输入微处理器保存。
腔体3和测量物体安装固定在一起，它的运动方向4就是测量物体的运动方向。物体的运动方向4垂直穿入纸内。
对微处理器根据UH的方向和物体的运动方向进行逻辑判断编程，当微处理器检测到UH为正时，可设定物体为前进状态；当微处理器检测到UH为负时，可设定物体为后退状态；当微处理器检测到UH为0时，可设定物体为静止状态。反馈信号到显示器，显示物体的运动方向。
对微处理器按公式进行编程，k、c为常数，，，将其数值输入微处理器保存。
当物体静止时，腔体3的运动速度为0，霍尔元件2输出的霍尔电压为0，反馈输入给微处理器，微处理器根据公式、参数进行逻辑运算，计算出物体的运动速度为0，反馈到显示器，显示物体的运动速度为0。
当物体运动时，带动腔体3运动，驻极体1在霍尔元件2上产生磁场，霍尔元件2有霍尔电压输出，反馈输入到微处理器，微处理器根据霍尔电压的方向，计算出物体的运动方向。微处理器根据特定的公式、参数进行逻辑运算，计算出物体的运动速度。反馈到显示器，显示物体的运动方向及速度的数值。
在图2的另一个实施例中，腔体3是敞开的，腔体3内部和外部的介质可自由的流通、交换。对微处理器按公式进行编程时，应使用介质的磁导率μ计算常数k的值，，将数值k、c输入微处理器保存。根据霍尔元件2输出的霍尔电压为UH的方向及大小，就可以计算出物体的运动速度及方向。