霍爾效應(yīng)傳感器的基本原理以及應(yīng)用

1、霍爾效應(yīng)傳感器基本組成及原理,霍爾效應(yīng)傳感器的工作原理及應(yīng)用,霍爾效應(yīng)傳感器是基于霍爾效應(yīng)：當(dāng)一塊導(dǎo)電的平面與磁力線垂直地放置在磁場中，將在平面上產(chǎn)生一個與電流方向和磁場方向都垂直的電場。如圖1，當(dāng)電流流過一個半導(dǎo)體平面（霍爾單元），與電流平行的兩個端面引出兩條導(dǎo)線作為輸出信號端，此時，沒有磁場施加在半導(dǎo)體平面，輸出端的電壓為零。,深圳市銘之光電子技術(shù)有限公司 傳感器專家網(wǎng),如果與半導(dǎo)體平面垂直的方向加一個磁場，如圖2，此時，有勞倫茨力施加在電流上，使電流分布變形，同時在輸出端形成了電位差。這個電位差就稱為霍爾電壓，它的大小與流過的電流I及穿過的磁場強(qiáng)度成正比。,霍爾電壓與電流I和磁場強(qiáng)度B的

2、乘積成正比，對于最常用的硅半導(dǎo)體材料，此比例系數(shù)是7uV/Vs/Gauss，其中,Vs是生成電流I的電壓。從此系數(shù)可以看出，生成的霍爾電壓是非常小的，實際應(yīng)用中，需要放大器對此信號進(jìn)行放大。 硅半導(dǎo)體材料也有壓電效應(yīng)，當(dāng)有機(jī)械變形時，會引起其電阻值的變化，這樣，當(dāng)有應(yīng)力引起硅變形時，必將影響霍爾傳感器的效果，實際應(yīng)用中，通常使用多個霍爾單元，來減小機(jī)械變形的影響，如使用兩個或四個霍爾單元，,霍爾單元只是個基本的磁傳感器，對多數(shù)應(yīng)用來說，還需要信號調(diào)理電路，將信號放大，同時增加溫度補(bǔ)償，使輸出信號可以被其他電路或系統(tǒng)使用。同時如果供電電源沒有穩(wěn)壓，還需要相應(yīng)的電源調(diào)整電路。,如圖3，這是一個基本

3、的霍爾傳感器，因為霍爾電壓是與磁場強(qiáng)度成比例，而磁場是有方向的，當(dāng)磁場方向變化時，其生成的霍爾電壓的極性也發(fā)生變化。所以圖中用的是雙電源的差分放大器，它需要正負(fù)兩組電源，使設(shè)計復(fù)雜，為簡化設(shè)計，通常給差分放大器加上一定的偏置，從而只需要單電源供電。 當(dāng)磁場為0時,差分放大器輸出一定的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)感應(yīng)到正向磁場時，放大器輸出的電壓高于基準(zhǔn)電壓，當(dāng)感應(yīng)到反向磁場時，放大器輸出的電壓低于基準(zhǔn)電壓，如圖4是一個簡單的模擬電壓輸出的霍爾傳感器。,對于模擬電壓輸出的霍爾傳感器，當(dāng)正向磁場強(qiáng)度越大，輸出的電壓越高，當(dāng)輸出電壓達(dá)到電源電壓的限制時，輸出電壓不在隨正向磁場強(qiáng)度的增大而增大，此時，電路達(dá)到飽和。同

4、樣，當(dāng)反向磁場強(qiáng)度越大時，輸出的電壓越低，當(dāng)輸出電壓達(dá)到電源地的限制時，輸出電壓不再隨反向磁場強(qiáng)度的增大而減小。 為了增加傳感器接口的靈活性，滿足更多應(yīng)用的要求，在差分放大器的輸出端通常會加上射極開路電路、集電極開路電路、或推挽式放大電路等。,數(shù)字式輸出霍爾傳感器 在某些應(yīng)用中，我們只需要高或低電平，或者只需開或關(guān)的狀態(tài)，這時，可以在傳感器的差分放大器輸出端加上一級施密特觸發(fā)電路，如圖5所示, 當(dāng)磁場高于某個值時，霍爾傳感器輸出為高電平，而當(dāng)磁場強(qiáng)度下降到另一個值時，霍爾傳感器輸出變?yōu)榈碗娖健?深圳市銘之光電子技術(shù)有限公司 傳感器專家網(wǎng),霍爾效應(yīng)傳感器因其非接觸測量、沒有運(yùn)動部件、使用溫度范圍

5、寬、響應(yīng)速度快等特點，應(yīng)用越來越廣泛，如用于感應(yīng)電流的變化，則是電流傳感器，用于感應(yīng)磁場的變化，則可以做成位置傳感器、接近開關(guān)、速度傳感器、磁傳感器等。,霍爾元件基本結(jié)構(gòu) 由霍爾片、引線和殼體組成, 如圖所示。 霍爾片是一塊矩形半導(dǎo)體單晶薄片，引出四個引線。1、1兩根引線加激勵電壓或電流，稱為激勵電極；2、2引線為霍爾輸出引線，稱為霍爾電極。 霍爾元件殼體由非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝而成。 在電路中霍爾元件可用兩種符號表示。,基本電路 RW調(diào)節(jié)控制電流的大小。 RL為負(fù)載電阻，可以是放大器的內(nèi)阻或指示器內(nèi)阻。 霍爾效應(yīng)建立的時間極短（10-1210-14S），I即可以是直流，也可以是交流。

6、 若被測物理量是I、B或者IB乘積的函數(shù)，通過測量霍爾電勢UH就可知道被測量的大小。,深圳市銘之光電子技術(shù)有限公司 傳感器專家網(wǎng),霍爾集成電路的外形結(jié)構(gòu)與霍爾元件完全不同，其引出線形式由電路功能決定，根據(jù)內(nèi)部測量電路和霍爾元件工作條件的不同，分為線性和開關(guān)型兩種。 1、線性型 性型集成電路是將霍爾元件和恒流源、線性差動放大器等做在一個芯片上，輸出電壓為伏級，比直接使用霍爾元件方便得多。線性霍爾集成電路的特點是輸出電壓與外加磁感應(yīng)強(qiáng)度B呈線性關(guān)系，較典型的線性型霍爾器件如UGN3501等。,開關(guān)型霍爾集成電路是將霍爾元件、穩(wěn)壓電路、放大器、施密特觸發(fā)器、OC門（集電極開路輸出門）等電路做在同一個

7、芯片上。,霍爾傳感器的潛在應(yīng)用：速度和轉(zhuǎn)數(shù)（RPM）感應(yīng)、電機(jī)/風(fēng)扇控制、磁性編碼、磁盤速度、磁帶、流速感應(yīng)、傳送帶、點火裝置、運(yùn)動控制/檢測、功率/位置檢測、磁碼閱讀、振動感應(yīng)、以及重量感應(yīng)和位置感應(yīng)等。,霍爾傳感器在無刷直流電機(jī)中的應(yīng)用 直流電機(jī)中轉(zhuǎn)矩是通過永磁體磁場和繞組中的電流相互作用產(chǎn)生的，在有刷電機(jī)中，換向器通過切換電樞繞組實現(xiàn)電樞電流的換向與合適的磁場。而無刷直流電機(jī)中，霍爾位置傳感器探測轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的位置，通過邏輯與驅(qū)動電路，給相應(yīng)的繞組激勵。總的說來，繞組根據(jù)電機(jī)永磁體的磁場作出反應(yīng)，從而產(chǎn)生需要的轉(zhuǎn)矩。如圖1是一種三相8極（四對磁極）無刷直流電機(jī)基本組成：,霍爾傳感器的選型

8、，需根據(jù)安裝要求（即轉(zhuǎn)子磁場方向）與霍爾傳感器的感應(yīng)方向，進(jìn)行合理選擇。霍尼韋爾SS30、SS31x/SS41x 以及SS36x/SS46x 系列霍爾效應(yīng)傳感器能夠為無刷直流電機(jī)提供所需的精確電機(jī)轉(zhuǎn)軸位置數(shù)據(jù)。這些系列產(chǎn)品包括雙極型或雙極鎖存型霍爾傳感器，它們在整個溫度范圍內(nèi)的正（南極）工作點和負(fù)（北極）釋放點幾乎是磁性對稱的，例如，若霍爾傳感器的工作點磁性強(qiáng)度為正90 高斯，那么它的釋放點大約為負(fù)90 高斯。,于要求可靠、精確、經(jīng)濟(jì)的無刷直流電機(jī)換向應(yīng)用來說，下面列出的霍尼韋爾雙極或雙極鎖存型霍爾效應(yīng)集成電路將會是一個極佳的選擇： SS311PT/SS411P，SOT-23 (SS3) 表面

9、貼裝封裝或帶引線的TO-92 扁平式 (SS4) 封裝的低成本雙極霍爾效應(yīng)數(shù)字位置傳感器。 SS30AT，SOT-23 (SS3) 表面貼裝封裝的增強(qiáng)型雙極霍爾效應(yīng)數(shù)字位置傳感器。,SS361NT/SS361ST/SS461S，SOT-23 (SS3) 表面貼裝封裝或帶引線的TO-92 扁平式 (SS4) 封裝的高靈敏度雙極鎖存型霍爾效應(yīng)數(shù)字位置傳感器。 SS360PT/SS460P，SOT-23 (SS3) 表面貼裝封裝或帶引線的TO-92 扁平式 (SS4) 封裝的高靈敏度雙極鎖存型霍爾效應(yīng)數(shù)字位置傳感器。,霍爾效應(yīng)傳感器在汽車上的應(yīng)用 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，汽車的電子化程度也越來越高。良好

10、汽車控制系統(tǒng)能改善車輪和地面之間的附著狀況，進(jìn)而改善汽車的安全性、動力性和舒適性。傳感器是電子技術(shù)中的核心器件，是一種進(jìn)行信號變換的裝置，它的作用是把被測的非電量信號轉(zhuǎn)變成為電量信號，是促進(jìn)汽車技術(shù)全面發(fā)展的關(guān)鍵器件。在汽車底盤電子控制系統(tǒng)中，控制工作是離不開傳感器的。速度傳感器在汽車控制系統(tǒng)中起著主要作用。,SS461C霍爾效應(yīng)傳感器應(yīng)用：應(yīng)用于速度傳感器用來檢測汽車或者卡車曲軸的旋轉(zhuǎn)情況 客戶要求較高的靈敏度，SS461C霍爾效應(yīng)傳感器，可滿足客戶需求，SS461C霍爾效應(yīng)傳感器數(shù)字式電流沉輸出，可提供高輸出電流和高速響應(yīng)能力,霍爾傳感器應(yīng)用于流量計,霍爾線性傳感器可用于流量計制作，當(dāng)通過

11、腔體的流速增加時，彈簧連著的翼推動一個螺旋軸轉(zhuǎn)動，從而提升磁鋼引起傳感器的輸出變化。 當(dāng)流速減少時， 卷彈簧引起組件下降，減少了傳感器的輸出。磁鋼及螺桿組件用來提供流速測量的線性測量。,霍爾傳感器在機(jī)車測速中的應(yīng)用 測速裝置在機(jī)車控制系統(tǒng)中占有非常重要的地位，對側(cè)速裝置的要求是分辨能力強(qiáng)、高精度和盡可能短的檢測時間。介紹了應(yīng)用霍爾傳感器通過測量磁場強(qiáng)度，來得到穩(wěn)定的脈沖方波信號，實現(xiàn)機(jī)車轉(zhuǎn)速的測量。 霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器，它具有靈敏度高，線性度好，穩(wěn)定性高、體積小和耐高溫等特點，在機(jī)車控制系統(tǒng)中占有非常重要的地位。對測速裝置的要求是分辨能力強(qiáng)、高精度和盡可能短的檢測時間。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測方案可分成兩類：用測速發(fā)電機(jī)檢測或用脈沖發(fā)生器檢測。,深圳市銘之光電子技術(shù)有限公司 傳感器專家網(wǎng),測速發(fā)電機(jī)的工作原理是將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?/p>