CN109298201A - 利用霍尔效应和电磁感应规律测量步行速度的方法 - Google Patents
利用霍尔效应和电磁感应规律测量步行速度的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109298201A CN109298201A CN201811233100.3A CN201811233100A CN109298201A CN 109298201 A CN109298201 A CN 109298201A CN 201811233100 A CN201811233100 A CN 201811233100A CN 109298201 A CN109298201 A CN 109298201A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electromotive force
- hall
- induced electromotive
- speed
- size
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000011017 operating method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 238000009510 drug design Methods 0.000 abstract 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 101100434411 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) ADH1 gene Proteins 0.000 description 1
- 101150102866 adc1 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- VIKNJXKGJWUCNN-XGXHKTLJSA-N norethisterone Chemical compound O=C1CC[C@@H]2[C@H]3CC[C@](C)([C@](CC4)(O)C#C)[C@@H]4[C@@H]3CCC2=C1 VIKNJXKGJWUCNN-XGXHKTLJSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
- G01P3/50—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring linear speed
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
本发明涉及一种利用霍尔效应和电磁感应规律测量步行速度的方法,该方法的实施步骤包括:1、设置测量装置:该测量装置的结构设为三个部分:第一部分由指南针和高斯计,即霍尔器件电路***组成;第二部分由切割磁力线的导体和测量感应电动势的电路***组成;第三部分为STM32控制模块,STM32控制模块接收以上数据后通过内嵌的计算公式给出行走速度的大小,并输出到LED显示屏上显示。2、运用实验原理操作步骤:本发明设计原理主要是利用霍尔效应和电磁感应现象的规律,即利用感应电动势或感应电流来测量步行速度。本发明设计合理新颖、性能安全可靠、操作简便、应用效果非常显著;具有一定的经济效益和重大的社会效益,且具有重要及广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种步行计速方法,特别涉及一种利用霍尔效应和电磁感应规律测量步行速度的方法。
背景技术
步行速度的测量在生产和生活中都有非常重要的意义;例如:在某些经济学理论中,行走速度指数是可以从一个侧面描述城市的经济发展水平或经济发展指数的,但目前对行走速度指数的测量都只是对平均速度的测量;人们在锻炼身体跑步或走路时,甚至在车船行进中往往有意愿想随时了解知道自己的行进速度,但商品化的健身器械或仪表只能给出步数、路程以及时间,这只能得到平均速度;即反映的是对应一段路程或时间段内的平均速度,不方便反应即时即刻的速度。
这样就非常有必要提供一种即时感应出运动速度的方法,即设计一种即时感应出运动速度的便携式仪器或仪表。目前汽车中使用的都是转轴传动式仪表,飞机中使用的是利用压力、温度传感的仪表,这些仪表难以改装成步行行走速度仪表,因此对步行行走速度仪表的设计不方便采用以上两类仪表的工作原理。据我们所知,目前还未见有关利用霍尔效应和电磁感应规律测量步行速度的专利与文献报道。
因此,提供一种设计合理、操作简单新颖、应用效果非常显著的利用霍尔效应和电磁感应规律测量步行速度的方法,是该领域技术人员当前亟待着手解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处,提供一种设计合理、性能安全可靠、操作简便、应用效果非常显著的利用霍尔效应和电磁感应规律测量步行速度的方法。
为实现上述目的本发明所采用的技术方案是:一种利用霍尔效应和电磁感应规律测量步行速度的方法,其特征在于该测量步行速度的方法具体实施步骤包括:
1、设置测量装置:
该测量装置的结构设为三个部分:
第一部分由指南针和高斯计,即霍尔器件电路***组成;第二部分由切割磁力线的导体和测量感应电动势的电路***组成;第三部分是STM32控制模块;
所述第一部分是为测量出行走方向与地磁场的夹角以及地磁场的磁感应强度,并把数据输入给STM32控制模块;其中利用不封闭圆形镍铬电阻丝轨道,在前进方向处为断点,在不封闭圆形镍铬电阻丝轨道两端加1.5伏电压,用毫伏表测量测出前进标志处与指南针位置间的电压大小u 1,数据输入给STM32控制模块;另霍尔器件垂直于指南针连接,保证霍尔器件始终垂直于地磁场;霍尔器件中通过的电流由霍尔器件电路***的电源3伏,提供测量电流,霍尔器件上产生的电流与电动势由毫安表与微伏表测量,从而给出电流I与电动势u大小并把数据输入给STM32控制模块;
所述第二部分中在垂直于前进方向固定导体,在行走时该导体切割地磁场的磁力线,产生动生感应电动势,通过动生感应电动势电路***的毫安表或微伏表给出感应电动势U的大小,并把数据输入给STM32控制模块;
所述第三部分的STM32控制模块接收以上数据后通过内嵌的计算公式给出行走速度的大小,并输出到LED显示屏上显示;
2、运用实验原理操作步骤:
本发明设计原理主要是利用霍尔效应和电磁感应现象的规律,即利用感应电动势或感应电流来测量速度;具体为:
(1)通过指南针指示出北方向,并给出前进方向,前进方向在表盘表面标出,行走时使标示方向与行走方向一致,与地磁场的磁力线方向(即北方向)之间的夹角(θ);
(2)通过霍尔器件电路***给出地磁场的大小(B);
(3)通过动生感应电动势电路***给出感应电动势的大小(U);
(4)根据动生电动势及切割磁力线的导体尺寸(L)计算出移动速度(V);
测量指南针与前进方向夹角公式为:
θ=240u 1 式1;
u 1为前进标志处与指南针位置间的电压;
测量原理依据的理论公式为:当霍尔器件与磁场垂直时,
B=ud/I 式2;
d为霍尔板尺寸(厚度),
u为霍尔电动势的大小,
I为霍尔器件中的电流强度;
当切割磁力线的导体(其上产生感应电动势)方向与磁场方向成夹角(θ)运动时有:
V=U/(BLSinθ) 式3;
V即为行走速度,
L为导体长度,
U为感应电动势。
本发明的有益效果是:
(1)本发明中设置的步行速度测量装置是利用感应电动势或感应电流来测量速度;
(2)可测量得出即时速度;
(3)该测量装置可以单独制造为一个健身行走速度指示器,也可以与其它步数,路程,时间等指示器组装在一起,以给出更多的行走信息;该测量装置也可集成在手机中方便人们使用。
总之,本发明利用霍尔效应和电磁感应现象的规律来测量步行速度,其设计合理新颖、性能安全可靠、操作简便、应用效果非常显著;具有巨大的经济效益和重大的社会效益,且具有重要及广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明测量装置构成方框示意图;
图2 本发明中指南针与前进方向夹角测量示意图;
图中:1前进方向,2指南针,3 1.5伏电池,4不封闭圆形镍铬电阻丝轨道,5铜导线,6接线柱。
具体实施方式
以下结合附图和较佳实施例,对依据本发明提供的具体实施方式、特征详述如下:
如图1、图2所示,一种利用霍尔效应和电磁感应规律测量步行速度的方法,该测量步行速度的方法具体实施步骤包括:
1、设置测量装置:
该测量装置的结构设为三个部分:
第一部分由指南针和高斯计,即霍尔器件电路***组成;第二部分由切割磁力线的导体和测量感应电动势的电路***组成;第三部分是STM32控制模块(市售)。
所述第一部分是为测量出行走方向与地磁场的夹角以及地磁场的磁感应强度,并把数据输入给STM32控制模块;其中利用不封闭圆形镍铬电阻丝轨道4,如图2所示,在前进方向1处为断点,在不封闭圆形镍铬电阻丝轨道4两端用铜导线5连接1.5伏电池3,用毫伏表测量测出前进方向1处与指南针2位置接线柱6间的电压大小u 1,数据输入给STM32控制模块;另霍尔器件垂直于指南针2连接,保证霍尔器件始终垂直于地磁场;霍尔器件中通过的电流由霍尔器件电路***的电源3伏,提供测量电流,霍尔器件上产生的电流与电动势由毫安表与微伏表测量,从而给出电流I与电动势u大小并把数据输入给STM32控制模块。
所述第二部分中在垂直于前进方向固定导体,在行走时该导体切割地磁场的磁力线,产生动生感应电动势,通过动生感应电动势电路***的毫安表或微伏表给出感应电动势U的大小,并把数据输入给STM32控制模块。
所述第三部分STM32控制模块接收以上数据后通过内嵌的计算公式给出行走速度的大小,并输出到外部装置LED显示屏上显示。
对物理量,在STM32控制模块进行配置,确定输入端;建立数学模型,利用C语言对模型在Notepad进行编程;建立主函数,采集数据,在主函数中调用公式函数;对公式θ=240u 1,B=ud/I及V=U/(BLSinθ)进行编程(式R是测量电流的电阻值,d和L是常量,I代表测得的电流,V是最终输出),公式中电流转换成电压,ADC1转换的电压值通过MDA方式传到SRAM,保存采集到的变量值;将采集到的4个电压值作为变量代入到函数中,调用公式实现功能,在公式函数中完成计算,根据公式输出结果。
该测量装置能够单独制造为一个健身行走速度指示器,或与其它步数、路程、时间等指示器组装在一起,以给出更多的行走信息;该装置还可集成在手机中方便人们的使用。
2、运用实验原理操作步骤:本发明设计原理主要是利用霍尔效应和电磁感应现象的规律,即利用感应电动势或感应电流来测量速度;具体为:
(1)通过指南针指示出北方向,并给出前进方向(前进方向在表盘表面标出,行走时使标示方向与行走方向一致)与地磁场的磁力线方向(即北方向)之间的夹角(θ);
(2)通过霍尔器件电路***给出地磁场的大小(B);
(3)通过动生感应电动势电路***给出感应电动势的大小(U);
(4)根据动生电动势及切割磁力线的导体尺寸(L)计算出移动速度(V);该设计的缺陷是不能给出沿地磁场方向(接近正南北方向)移动的速度;
测量指南针与前进方向夹角公式为:
θ=240u 1 式1;
测量原理依据的理论公式为:当霍尔器件与磁场垂直时有
B=ud/I 式2 ;
d为霍尔板尺寸(厚度),
u为霍尔电动势的大小,
I为霍尔器件中的电流强度;
当切割磁力线的导体(其上产生感应电动势)方向与磁场方向成夹角θ运动时有:
V=U/(BLSinθ) 式3;
V即为行走速度,
L为导体长度,
U为感应电动势。
本发明的设计原理是:本发明提供了一种利用霍尔效应和电磁感应规律测量步行速度的方法,即本发明主要是利用感应电动势或感应电流来测量步行速度。
具体为:
(1)通过指南针指示出北方向,并给出前进方向(前进方向在表盘表面标出,行走时使标示方向与行走方向一致)与地磁场的磁力线方向(即北方向)之间的夹角(θ),这个夹角就是由指南针的方向与前进方向的夹角;
测量指南针与前进方向夹角公式为:
θ=240u 1 式1;
(2)霍尔器件垂直于指南针连接,通过霍尔器件电路***的毫安表或毫伏表给出地磁场的大小(B);测量原理依据的理论公式为:当霍尔器件与磁场垂直时有:
B=ud/I 式2;
式中:d为霍尔板尺寸(厚度),u为霍尔电动势的大小,I为霍尔器件中的电流强度。
(3)在垂直于前进方向固定导体,在行走时该导体切割地磁场的磁力线,产生动生感应电动势,通过动生感应电动势电路***的毫安表或微伏表给出感应电动势的大小(U)。
(4)根据动生电动势及切割磁力线的导体尺寸(L)计算出移动速度(V);该设计的缺陷是不能给出沿地磁场方向(接近正南北方向)移动的速度;
具体为:当切割磁力线的导体(其上产生感应电动势)方向与磁场方向成夹角(θ)运动时有:
V=U/(BLSinθ) 式3;
式中:V即为行走速度,L为导体长度,U为感应电动势。
具体应用实例:人沿西北方向行走,当测出前进标志处与指南针位置接线柱间的电压u 1是3/16伏,则有前进方向与正北方(地磁场方向)成夹角θ为45°;当霍尔板厚度d是0.005米,霍尔器件中的电流强度I为0.02安,霍尔器件中产生的霍尔电动势u为0.00016伏,则地磁场的B是0.00004特;若人行走时切割磁力线的导体产生的动生感应电动势U为0.0004伏,导体长度L为0.02米,则最后计算可得V是0.7米/秒,即人行走的速度为0.7米/秒。
上述参照实施例对该利用霍尔效应和电磁感应规律测量步行速度的方法进行的详细描述,是说明性的而不是限定性的,因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改,应属本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种利用霍尔效应和电磁感应规律测量步行速度的方法,其特征在于该测量步行速度的方法具体实施步骤包括:
1、设置测量装置:
该测量装置的结构设为三个部分:
第一部分由指南针和高斯计,即霍尔器件电路***组成;第二部分由切割磁力线的导体和测量感应电动势的电路***组成;第三部分是STM32控制模块;
所述第一部分是为测量出行走方向与地磁场的夹角以及地磁场的磁感应强度,并把数据输入给STM32控制模块;其中利用不封闭圆形镍铬电阻丝轨道,在前进方向处为断点,在不封闭圆形镍铬电阻丝轨道两端加1.5伏电压,用毫伏表测量测出前进方向处与指南针位置间的电压大小u 1,数据输入给STM32控制模块;另霍尔器件垂直于指南针连接,保证霍尔器件始终垂直于地磁场;霍尔器件中通过的电流由霍尔器件电路***的电源3伏,提供测量电流,霍尔器件上产生的电流与电动势由毫安表与微伏表测量,从而给出电流I与电动势u大小并把数据输入给STM32控制模块;
所述第二部分中在垂直于前进方向固定导体,在行走时该导体切割地磁场的磁力线,产生动生感应电动势,通过动生感应电动势电路***的毫安表或微伏表给出感应电动势U的大小,并把数据输入给STM32控制模块;
所述第三部分的STM32控制模块接收以上数据后通过内嵌的计算公式给出行走速度的大小,并输出到LED显示屏上显示;
2、运用实验原理操作步骤:
本发明设计原理主要是利用霍尔效应和电磁感应现象的规律,即利用感应电动势或感应电流来测量速度;具体为:
(1)通过指南针指示出北方向,并给出前进方向,前进方向在表盘表面标出,行走时使标示方向与行走方向一致,与地磁场的磁力线方向(即北方向)之间的夹角(θ);
(2)通过霍尔器件电路***给出地磁场的大小(B);
(3)通过动生感应电动势电路***给出感应电动势的大小(U);
(4)根据动生电动势及切割磁力线的导体尺寸(L)计算出移动速度(V);
测量指南针与前进方向夹角公式为:
θ=240u 1 式1;
u 1为前进标志处与指南针位置间的电压;
测量原理依据的理论公式为:当霍尔器件与磁场垂直时,
B=ud/I 式2;
d为霍尔板尺寸(厚度),
u为霍尔电动势的大小,
I为霍尔器件中的电流强度;
当切割磁力线的导体(其上产生感应电动势)方向与磁场方向成夹角(θ)运动时有:
V=U/(BLSinθ) 式3;
V即为行走速度,
L为导体长度,
U为感应电动势。
2.根据权利要求1所述的利用霍尔效应和电磁感应规律测量步行速度的方法,其特征在于所述测量装置是单独制造为一个健身行走速度指示器,或与包括步数、路程、时间的指示器组装在一起,或集成在手机中方便人们使用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811233100.3A CN109298201A (zh) | 2018-10-23 | 2018-10-23 | 利用霍尔效应和电磁感应规律测量步行速度的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811233100.3A CN109298201A (zh) | 2018-10-23 | 2018-10-23 | 利用霍尔效应和电磁感应规律测量步行速度的方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109298201A true CN109298201A (zh) | 2019-02-01 |
Family
ID=65158318
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811233100.3A Pending CN109298201A (zh) | 2018-10-23 | 2018-10-23 | 利用霍尔效应和电磁感应规律测量步行速度的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109298201A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113834949A (zh) * | 2020-06-08 | 2021-12-24 | 北京小米移动软件有限公司 | 无线充电电动汽车的测速方法、装置、设备及存储介质 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006145240A (ja) * | 2004-11-16 | 2006-06-08 | Univ Nihon | 人の歩行速度の計測方法および装置 |
CN1818559A (zh) * | 2005-02-11 | 2006-08-16 | 三星电子株式会社 | 基于步幅的路线指引设备和方法 |
CN103153185A (zh) * | 2010-08-26 | 2013-06-12 | 荷兰应用自然科学研究组织Tno | 用于确定人的步行或跑步速度的方法和*** |
CN107636420A (zh) * | 2015-06-26 | 2018-01-26 | 英特尔公司 | 用于行人航位推算的技术 |
CN107748272A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-03-02 | 浙江星天海洋科学技术有限公司 | 基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置 |
-
2018
- 2018-10-23 CN CN201811233100.3A patent/CN109298201A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006145240A (ja) * | 2004-11-16 | 2006-06-08 | Univ Nihon | 人の歩行速度の計測方法および装置 |
CN1818559A (zh) * | 2005-02-11 | 2006-08-16 | 三星电子株式会社 | 基于步幅的路线指引设备和方法 |
CN103153185A (zh) * | 2010-08-26 | 2013-06-12 | 荷兰应用自然科学研究组织Tno | 用于确定人的步行或跑步速度的方法和*** |
CN107636420A (zh) * | 2015-06-26 | 2018-01-26 | 英特尔公司 | 用于行人航位推算的技术 |
CN107748272A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-03-02 | 浙江星天海洋科学技术有限公司 | 基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
周小虎;余斌;陶清华;: "基于霍尔效应的新型多功能数字高斯计设计", 硅谷, no. 02, 23 January 2013 (2013-01-23), pages 11 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113834949A (zh) * | 2020-06-08 | 2021-12-24 | 北京小米移动软件有限公司 | 无线充电电动汽车的测速方法、装置、设备及存储介质 |
CN113834949B (zh) * | 2020-06-08 | 2024-04-30 | 北京小米移动软件有限公司 | 无线充电电动汽车的测速方法、装置、设备及存储介质 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109298201A (zh) | 利用霍尔效应和电磁感应规律测量步行速度的方法 | |
CN103394178A (zh) | 一种可测量运动参数的数字惯性哑铃 | |
CN208984659U (zh) | 利用霍尔效应和电磁感应规律测量步行速度的装置 | |
CN201229352Y (zh) | 新型风速测量仪 | |
CN103278218A (zh) | 一种用于机械式水表的流量监测装置 | |
CN202814839U (zh) | 电磁式液体粘滞系数测定仪 | |
CN201341875Y (zh) | 一种能指示正确测量位置的电子血压计 | |
CN202126785U (zh) | 法拉第电磁感应定律验证仪 | |
CN203012007U (zh) | 新型电压表 | |
CN201706991U (zh) | 测量尺 | |
CN107990941A (zh) | 一种多功能水井测量装置 | |
CN207890845U (zh) | 一种电梯限速器测试仪 | |
CN203053991U (zh) | 测速仪 | |
CN202101612U (zh) | 一种教学用测量曲线直尺 | |
CN209539707U (zh) | 一种陶瓷活塞杆非接触式行程测量装置 | |
CN208294511U (zh) | 一种用于井斜测量的低边测量装置 | |
CN207798139U (zh) | 一种多功能水井测量装置 | |
CN2638074Y (zh) | 智能三维磁场探测仪 | |
CN201716354U (zh) | 一种万用表 | |
CN205826563U (zh) | 干胶含量测定仪 | |
CN202204796U (zh) | 一种便携式电化学检测分析装置 | |
CN203012006U (zh) | 新型电流表 | |
CN205228586U (zh) | 一种用于电测地下水位的装置 | |
CN206862280U (zh) | 一种地质体磨圆度测量装置 | |
CN205925729U (zh) | 一种可测流速的数显离子交换柱 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |