集成霍耳传感器与简谐振动
实 验 目 的
学会用焦利秤测量弹簧的倔强
系数。
学会用集成霍耳传感器测量弹
簧振子的振动周期，并计算弹
簧的倔强系数。
实 验 原 理
1.测量弹簧倔强系数的原理
弹簧在外力的作用下产生形变（伸长或缩短），在
弹性限度内，外力 F 和其形变 X 成正比，写成 F =-KX，
这就是胡克定律。比例系数 K 是弹簧的倔强系数。
2.测量弹簧振子振动周期的原理
在弹性限度内，外力作用在弹簧上使其离开平衡位
置少许，外力撤消后弹簧振子将在平衡位置附近作简谐
振动，其振动周期可以通过下式计算,
其中,M1为弹簧自由端上挂的物体的质量 ;M′ 为弹簧的
有效质量 ;T 为弹簧振子的振动周期。
K
MMT '12 ?? ?
3.集成霍尔开关型传感器 测量周期的原理
集成霍尔传感器 —— 利用集成电路工艺把霍尔元件和功
能电路集成在一块芯片上制成的磁敏元件
霍尔开关（集成霍尔开关型传感器） 由 霍尔元件,差分放
大器,施密特触发器及晶体管输出电路等基本部分组成。
当施加的磁感应强度的值达到其工作点时,霍尔开关输出
低电压,磁感应强度的值达到其释放点时,霍尔开关输出高电
压。两次电压变换输出电脉冲，使霍尔开关完成一次开关动作。
霍尔开关的输出状态（开和关的动作）通过霍尔
电压随 磁感应强度的变化实现 。
将集成霍尔开关型传感器固定，利用磁钢作简谐
振动时，霍尔开关产生的电脉冲控制计数器计时，可
实现对 弹簧振子振动周期的测量 。
A
B
C D
VCC
out
集
成
开
关
型
霍
耳
传
感
器
方
块
图
A－稳压器 ; B－ 霍尔电压发生器 （霍尔片）
C－差分放大器 ; D－施密特触发器 ; OC门输出
实验内容及仪器介绍
1.用焦利秤测量弹簧
的倔强系数 弹簧
砝码托盘
小反射镜
底座调节螺钉
游标卡尺
锁紧螺钉
小指针
砝码托盘
固定钮
2.霍尔传感器的特性
1)测霍尔开关型传感器工作距离 dop及释放距离 drp。
霍
尔
开
关
型
传
感
器
小磁钢 集成霍尔传感器特性测量架
2),用线性霍耳传感器测磁场分布。
线
性
霍
尔
传
感
器
在磁场为零时，使线性霍耳传感器输出为 2.500V。加
上磁场（磁钢）分别测出线性霍耳传感器在不同位置
时的电压值 U，利用公式
（ KH —— 线性霍耳传感器的灵敏度）
计算对应的磁感应强度 B,作 U — B 图。
HK
2,5 0 0UB ??
3.用集成霍尔开关型传感器测量振动
周期并计算弹簧的倔强系数 K。
磁钢
砝码
霍尔开关型
传感器
锁紧螺钉
集成霍尔传感器与间谐振动实验仪
2) 改变砝码质量 M1，测其振动周期，验证关系式：
1
'
1
'
1
1 MMM
MM
T
T
???
?
?
注意：实验所用的小零配件较多，谨防丢失。
砝码 12个
磁钢 2个
托盘、镊子、弹簧及弹簧套各 1个
实验前后仔细清点。