第八章：霍爾傳感器

1、1.什么是霍爾效應(yīng)？2.為什么導(dǎo)體材料和絕緣材料均不宜做成霍爾元件？3.為什么霍爾元件一般采用N型半導(dǎo)體材料？4.集成霍爾傳感器有什么特點(diǎn)？5.霍爾開(kāi)關(guān)電路由哪些部分組成？6.霍爾傳感器主要有哪些應(yīng)用？思考問(wèn)題思考問(wèn)題本章主要講述內(nèi)容：本章主要講述內(nèi)容：霍爾效應(yīng)與霍爾元件霍爾效應(yīng)與霍爾元件集成霍爾傳感器集成霍爾傳感器霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用概述：概述： 霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用。霍爾器件以霍爾效應(yīng)為其工作基礎(chǔ)。 金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。

2、霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)霍爾效應(yīng)8.1霍爾效應(yīng)與霍爾元件霍爾效應(yīng)與霍爾元件 當(dāng)磁場(chǎng)垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖當(dāng)磁場(chǎng)垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力的作用，茲力的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片向內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢(shì)。方向的端面之間建立起霍爾電勢(shì)。c cd da ab b霍爾效應(yīng)演示霍爾效應(yīng)演示+-BLF =B LmgN電流：電流：?jiǎn)挝粫r(shí)間流過(guò)的電荷量=Q/t=Q/t安培力：安培力：磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力F =B LF =B L洛倫茲力：洛倫茲力：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力。f = QVBF=BL Q/t=BQ L/tveBf=QVBcdyx安培力是運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的宏觀表

3、現(xiàn)。 設(shè)圖中的材料是型半導(dǎo)體，導(dǎo)電的載設(shè)圖中的材料是型半導(dǎo)體，導(dǎo)電的載流子是電子。在軸方向的磁場(chǎng)作用下，電子流子是電子。在軸方向的磁場(chǎng)作用下，電子將受到一個(gè)沿軸負(fù)方向力的作用，這個(gè)力就將受到一個(gè)沿軸負(fù)方向力的作用，這個(gè)力就是洛侖茲力。它的大小為：是洛侖茲力。它的大小為： FL=qvB zxyIADBCBb bldU UHA、B-霍爾電極 C 、D-控制電極eFL=qvB電流方向P166 在洛侖茲力的作用下，電子向一側(cè)偏轉(zhuǎn)，使該側(cè)形在洛侖茲力的作用下，電子向一側(cè)偏轉(zhuǎn)，使該側(cè)形成負(fù)電荷的積累，另一側(cè)則形成正電荷的積累。成負(fù)電荷的積累，另一側(cè)則形成正電荷的積累。 A A、B B兩端面因電荷積累而建立

4、的一個(gè)兩端面因電荷積累而建立的一個(gè)電場(chǎng)電場(chǎng)H H，稱(chēng)為，稱(chēng)為霍爾電場(chǎng)霍爾電場(chǎng)。該電場(chǎng)的強(qiáng)度為。該電場(chǎng)的強(qiáng)度為 EH=vB (qE=qvB)在在A A與與B B兩點(diǎn)間建立的電勢(shì)差稱(chēng)為霍爾電壓，用兩點(diǎn)間建立的電勢(shì)差稱(chēng)為霍爾電壓，用U UH H表示表示 UH= EHb= vBbI+-EHF電電=qEHf洛洛=qvBe平衡狀態(tài)：平衡狀態(tài)：qEH =qvBEH =vBDCBA霍爾電壓霍爾電壓UH= EH b = vBbN型半導(dǎo)體 由上式知，霍爾電壓的大小決定于載流體中電子的運(yùn)動(dòng)由上式知，霍爾電壓的大小決定于載流體中電子的運(yùn)動(dòng)速度速度(v)，它隨載流體材料的不同而不同。，它隨載流體材料的不同而不同。 材料

5、中電子在電場(chǎng)材料中電子在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)速度的大小常用載流子作用下運(yùn)動(dòng)速度的大小常用載流子遷移率遷移率來(lái)表征。來(lái)表征。 所謂載流子遷移率，是指在單位所謂載流子遷移率，是指在單位電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度作用下，載流強(qiáng)度作用下，載流子的平均子的平均速度速度值。載流子遷移率用符號(hào)值。載流子遷移率用符號(hào)表示，表示，=v/EI。 其中其中EI是是C、D兩端面之間的電場(chǎng)強(qiáng)度。它是由外加電壓兩端面之間的電場(chǎng)強(qiáng)度。它是由外加電壓U產(chǎn)生的，即產(chǎn)生的，即EIU / l。因此我們可以把電子運(yùn)動(dòng)速度表示為。因此我們可以把電子運(yùn)動(dòng)速度表示為v=U/l。這時(shí)上式可寫(xiě)為。這時(shí)上式可寫(xiě)為:UH = EHb = vbBbBlUUH當(dāng)材料中的

6、電子濃度為材料中的電子濃度為n n時(shí)，有如下關(guān)系式時(shí)，有如下關(guān)系式: : I =nqbdv 即：即： 將上式代入前式將上式代入前式(8.3)可得：可得： RH為為霍爾系數(shù)霍爾系數(shù)，反應(yīng)材料霍爾效應(yīng)的強(qiáng)弱。，反應(yīng)材料霍爾效應(yīng)的強(qiáng)弱。RH=1/nq. KH為為霍爾靈敏度霍爾靈敏度，它表示一個(gè)霍爾元件在單位控制電流，它表示一個(gè)霍爾元件在單位控制電流和單位磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生的霍爾電壓的大小，和單位磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生的霍爾電壓的大小，KH=RH/d.它的單位是它的單位是mV/(mAT)nqbdIv IBKdIBRIBnqdUHHH1電子濃度為電子濃度為n時(shí)，有如下關(guān)系式時(shí)，有如下關(guān)系式: I =n q b

7、d v電荷量電荷量 Q=nqV 體積體積 V=b d l Q=nqbd lI=Q/tI=n q b d l/t = nqbdvIADBCb bldIBKdIBRIBnqdUHHH1通過(guò)上面的分析可知：通過(guò)上面的分析可知：l霍爾電壓UH與材料的性質(zhì)有關(guān)，霍爾元件一般采用N型半導(dǎo)體材料。l霍爾電壓UH與元件的尺寸有關(guān)。d 愈小，KH 愈大，霍爾靈敏度愈高，所以霍爾元件的厚度都比較薄，但d太小，會(huì)使元件的輸入、輸出電阻增加。l霍爾電壓UH與控制電流及磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)?？刂齐娏骱愣〞r(shí)愈大愈大。當(dāng)磁場(chǎng)改變方向時(shí)，也改變方向。 霍爾電壓UH正比于控制電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度。在實(shí)際應(yīng)用中，總是希望獲得較大的霍爾電壓。

8、通過(guò)霍爾元件的最大允許控制電流為通過(guò)霍爾元件的最大允許控制電流為/2TAdbIcm霍爾元件在最大允許溫升下的最大開(kāi)路霍爾電壓：霍爾元件在最大允許溫升下的最大開(kāi)路霍爾電壓：dTAbBUHm/221A A：散熱系數(shù) B： 磁通量b b： 寬度P P168168選擇霍爾元件的材料要求其RH H和 盡可能大霍爾元件霍爾元件的組成：霍爾元件的組成：由霍爾片、四根引線和殼由霍爾片、四根引線和殼體組成，如下圖示。體組成，如下圖示。溫度特性:指元件的內(nèi)阻及輸出與溫度之間的關(guān)系。原因：由于電阻率、遷移率以及載流子濃度隨溫度變化，所以霍爾元件的內(nèi)阻、輸出電壓等參數(shù)也將隨溫度而變化。 溫度特性及其補(bǔ)償內(nèi)阻系數(shù)內(nèi)阻系

9、數(shù)溫度每變化1C時(shí)，霍爾元件的輸入或輸出電阻的相對(duì)變化率。用表示。溫度系數(shù)溫度系數(shù)溫度每變化1C時(shí)，霍爾電壓的相對(duì)變化率。用表示。溫度補(bǔ)償：u利用輸入回路的串聯(lián)電阻進(jìn)行補(bǔ)償u利用輸出回路的負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償IUORERLI零位特性及其補(bǔ)償零位特性及零位誤差 在無(wú)外加磁場(chǎng)或無(wú)控制電流的情況下,元件產(chǎn)生輸出電壓的特性稱(chēng)為零位特性。由此而產(chǎn)生的誤差稱(chēng)為零位誤差。主要表現(xiàn)n 不等位電壓在無(wú)磁場(chǎng)的情況下,霍爾元件通以一定的控制電流I,兩輸出端產(chǎn)生的電壓稱(chēng)為不等腰三角形位電壓,用U0表示。 U0與I的比值稱(chēng)為不等位電阻,用R0表示,即R0= U0/I 產(chǎn)生原因：元件輸出極焊接不對(duì)稱(chēng),厚薄不均勻以及兩個(gè)輸出極接觸

10、不良等 補(bǔ)償方法：通過(guò)橋路平衡的原理加以補(bǔ)償. n寄生直流電壓 在無(wú)磁場(chǎng)的情況下,元件通入交流電流,輸出端除交流不等位電壓以外的直流分量稱(chēng)為寄生直流電壓。產(chǎn)生原因：l由于控制極焊接處歐姆接觸不良而造成一種整流效應(yīng),使控制電流因正,反向電流大小不等而具有一定的直流分量。l輸出極焊點(diǎn)熱容量不相等產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)。處理措施：改善電極歐姆接觸性能和元件散熱條件n感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在未通電流的情況下,由于脈動(dòng)或交變磁場(chǎng)的作用,在輸出端產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).根據(jù)電磁感應(yīng)定律,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與霍爾元件輸出電極引線構(gòu)成的感應(yīng)面積成正比。n自激場(chǎng)零電壓在無(wú)外加磁場(chǎng)的情況下,由控制電流所建立的磁場(chǎng)在一定條件下使霍爾

11、元件產(chǎn)生的輸出電壓稱(chēng)為自激場(chǎng)零電壓.處理措施：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和自激場(chǎng)零電壓都可以用改變霍爾元件輸出和輸入引線的布置方法加以改善集成霍爾傳感器是利用硅集成電路工藝將霍爾元件和測(cè)量線路集成在一起的一種傳感器u特點(diǎn)：取消了傳感器和測(cè)量電路之間的界限,實(shí)現(xiàn)了材料,元件,電路三位一體.u優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，體積小,重量輕,功耗低等。u分類(lèi)：集成霍爾傳感器的輸出是經(jīng)過(guò)處理的霍爾輸出信號(hào).按照輸出信號(hào)的形式,可以分為開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器8.28.2集成霍爾傳感器集成霍爾傳感器開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器 開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器是把霍爾元件的輸出經(jīng)過(guò)處理后開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器是把霍爾元件的輸出經(jīng)過(guò)處理后輸出

12、一個(gè)高電平或低電平的數(shù)字信號(hào)輸出一個(gè)高電平或低電平的數(shù)字信號(hào). UH1UH2Ub4Ib3IC2IC4IC3IC1Ue3UC4UC3Ub3Ub4(E)1234穩(wěn) 壓 霍 爾 片 Vcc 輸出 13 + - 施密特觸發(fā)器 2 2 圖2 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器原理和輸出特性 V0/V 12 9 6 3 B /mT 0 5 10 15 20 釋放點(diǎn) （OFF) 工作點(diǎn) (ON) 集成霍爾傳感器的導(dǎo)通磁感應(yīng)強(qiáng)度和截止磁感應(yīng)強(qiáng)度的之間存在滯后效應(yīng)。影響：大大增強(qiáng)了開(kāi)關(guān)電路的抗干擾能力，保證開(kāi)關(guān)動(dòng)作穩(wěn)定，不產(chǎn)生震蕩現(xiàn)象。VT1VT2VT3VT4VT6VT5R1R2R3R4R5R6R7R8R9線性集成霍爾傳感器線性

13、集成霍爾傳感器: :霍爾元件與放大線路集成在一起的傳感器。其輸出信號(hào)霍爾元件與放大線路集成在一起的傳感器。其輸出信號(hào)與磁感應(yīng)強(qiáng)度成比例。與磁感應(yīng)強(qiáng)度成比例。組成：通常由霍爾元件、差分放大、射極跟隨輸出及穩(wěn)組成：通常由霍爾元件、差分放大、射極跟隨輸出及穩(wěn)壓四部分組成。壓四部分組成。增益：增益：10001000倍左右倍左右用途：用于精度要求不高的一些場(chǎng)合。用途：用于精度要求不高的一些場(chǎng)合。H 電壓發(fā)生器由一對(duì)相距電壓發(fā)生器由一對(duì)相距2.5mm 2.5mm 的霍爾元件組成的霍爾元件組成 使用時(shí)在電路背面放置一塊永久磁體，當(dāng)用鐵磁材料制成的齒輪從使用時(shí)在電路背面放置一塊永久磁體，當(dāng)用鐵磁材料制成的齒輪

14、從電路附近轉(zhuǎn)過(guò)時(shí)，一對(duì)霍爾片上產(chǎn)生的霍爾電壓相位相反，經(jīng)差分放大電路附近轉(zhuǎn)過(guò)時(shí)，一對(duì)霍爾片上產(chǎn)生的霍爾電壓相位相反，經(jīng)差分放大后，使器件靈敏度大為提高。后，使器件靈敏度大為提高。 用這種電路制成的用這種電路制成的 汽車(chē)齒輪傳感器汽車(chē)齒輪傳感器 具有極優(yōu)的性能。具有極優(yōu)的性能。 霍爾電勢(shì)是關(guān)于霍爾電勢(shì)是關(guān)于I I、B B、 三個(gè)變量的函三個(gè)變量的函數(shù)，即數(shù)，即 E EH H= =K KH HIB IB coscos 。利用這個(gè)關(guān)系可以利用這個(gè)關(guān)系可以使其中兩個(gè)量不變，將第三個(gè)量作為變量，使其中兩個(gè)量不變，將第三個(gè)量作為變量，或者固定其中一個(gè)量，其余兩個(gè)量都作為變或者固定其中一個(gè)量，其余兩個(gè)量都作

15、為變量。這使得霍爾傳感器有許多用途。量。這使得霍爾傳感器有許多用途。8.3霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用測(cè)量鐵心氣隙的測(cè)量鐵心氣隙的B值值1.用于檢測(cè)磁場(chǎng)霍爾元件霍爾元件霍爾元件霍爾元件磁鐵磁鐵2.檢測(cè)鐵磁物體 只要黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的表面存在缺口或突起，只要黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的表面存在缺口或突起，就可產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度的脈動(dòng)，從而引起霍爾電勢(shì)的就可產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度的脈動(dòng)，從而引起霍爾電勢(shì)的變化，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號(hào)。變化，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號(hào)。10K+5VA3515+5V用霍爾線性電路檢測(cè)齒口的線路 當(dāng)齒對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，磁力線集中穿過(guò)霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動(dòng)勢(shì)，放大、整形后輸出高電平；反之，當(dāng)齒輪的空擋對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)

16、，輸出為低電平。 根據(jù)此原理，可制成各種霍爾轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x器。普通直流電動(dòng)機(jī)使用的普通直流電動(dòng)機(jī)使用的電刷和換向器電刷和換向器 霍爾式無(wú)刷電動(dòng)機(jī)取消了換向器和電刷，而采用霍爾元件來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子和定子之間的相對(duì)位置，其輸出信號(hào)經(jīng)放大、整形后觸發(fā)電子線路，從而控制電樞電流的換向，維持電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 由于無(wú)刷電動(dòng)機(jī)不產(chǎn)生電火花及電刷磨損等問(wèn)題，所以它在錄像機(jī)、CD唱機(jī)、光驅(qū)等家用電器中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。3.3.在直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用在直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用VT 1VT 2VT 3VT 4VC CVT 6VT 7VT 8VT 5VC CVC CVC C霍爾元件在無(wú)刷電機(jī)中的工作原理 直流無(wú)刷電機(jī)使用

17、永磁轉(zhuǎn)子，在定子適當(dāng)位置放置所需數(shù)量的霍爾元件，它們的輸出和相應(yīng)的定子繞組的供電電路相連。當(dāng)轉(zhuǎn)子經(jīng)霍爾元件附近時(shí)，永磁轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)令已通電的霍爾元件輸出一個(gè)電壓，使定子繞組供電電路導(dǎo)通，給相應(yīng)的定子繞組供電，產(chǎn)生和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)極性相同的磁場(chǎng)，排斥轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)自行車(chē)電動(dòng)自行車(chē)可充電可充電電池組電池組無(wú)刷電動(dòng)機(jī)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)光驅(qū)用的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)光驅(qū)用的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)用cs2018直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的線路示意圖4.無(wú)損探傷原理 鐵磁材料受到磁場(chǎng)激勵(lì)時(shí)，因其磁導(dǎo)率高，磁阻小，磁力線都集中在材料內(nèi)部。 若材料均勻，磁力線分布也均勻。如果材料中有缺陷，那么在缺陷處，磁力線會(huì)發(fā)生彎曲，使局部磁場(chǎng)發(fā)生畸變。

18、用霍爾探頭檢出這種畸變，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，可辨別出缺陷的位置、性質(zhì)和大小。應(yīng)用領(lǐng)域 炮膛探傷、管道探傷、海用纜繩探傷、船體探傷、材料檢驗(yàn)5. 5.霍爾接近傳感器和接近開(kāi)關(guān)霍爾接近傳感器和接近開(kāi)關(guān) 在霍爾元件背后偏置一塊永久磁體，并將它們和相應(yīng)的處理電路裝在一個(gè)殼體內(nèi)，做成一個(gè)探頭，將霍爾元件的輸入引線和處理電路的輸出引線用電纜連接起來(lái)，就構(gòu)成接近傳感器。u霍爾線性傳感器霍爾線性傳感器：黑色金屬的自控計(jì)數(shù)，黑色金屬的厚度檢測(cè)、距離檢測(cè)、齒輪數(shù)齒、轉(zhuǎn)速檢測(cè)、測(cè)速調(diào)速、缺口傳感、張力檢測(cè)、棉條均勻檢測(cè)、電磁量檢測(cè)及角度檢測(cè)等u霍爾接近開(kāi)關(guān)霍爾接近開(kāi)關(guān)：各種自動(dòng)控制裝置、位置控制、加工尺寸控制、自動(dòng)計(jì)數(shù)、

19、各計(jì)數(shù)和流程的自動(dòng)銜接、液位控制、轉(zhuǎn)速檢測(cè)等l當(dāng)磁鐵的有效磁極接近、并達(dá)到動(dòng)作距離時(shí)，霍爾式接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作l霍爾接近開(kāi)關(guān)一般還配一塊釹鐵硼磁鐵 在被測(cè)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)齒盤(pán)，也可選取機(jī)械系統(tǒng)中的一個(gè)齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤(pán)。齒盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)使磁路的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號(hào)經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測(cè)物的轉(zhuǎn)速。S S線性霍爾線性霍爾磁鐵磁鐵6.霍爾齒輪傳感器 當(dāng)齒對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，磁力線集中穿過(guò)霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動(dòng)勢(shì)，放大、整形后輸出高電平；反之，當(dāng)齒輪的空擋對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，輸出為低電平。 根據(jù)此原理，可制成各種霍爾轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x器。帶有微型磁

20、鐵帶有微型磁鐵的霍爾傳感器的霍爾傳感器鋼質(zhì)鋼質(zhì)霍爾霍爾 若汽車(chē)在剎車(chē)時(shí)車(chē)輪被抱死，將產(chǎn)生危險(xiǎn)。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)檢測(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)有助于控制剎車(chē)力的大小。在汽車(chē)防抱死裝置（在汽車(chē)防抱死裝置（ABS）中的應(yīng)用）中的應(yīng)用過(guò)程過(guò)程：控制器控制器3 3接收來(lái)自車(chē)速齒輪傳感器接收來(lái)自車(chē)速齒輪傳感器1 1和車(chē)輪轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的脈和車(chē)輪轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)并進(jìn)行處理，得到車(chē)輛的滑移率和減速信號(hào)。按其控制邏輯沖信號(hào)并進(jìn)行處理，得到車(chē)輛的滑移率和減速信號(hào)。按其控制邏輯及時(shí)準(zhǔn)確地向制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器及時(shí)準(zhǔn)確地向制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器2 2發(fā)出指令，調(diào)節(jié)器及時(shí)準(zhǔn)確地作出發(fā)出指令，調(diào)節(jié)器及時(shí)準(zhǔn)確地作出響應(yīng)，調(diào)節(jié)制動(dòng)器的制動(dòng)壓力，以防

21、止車(chē)輪抱死。響應(yīng)，調(diào)節(jié)制動(dòng)器的制動(dòng)壓力，以防止車(chē)輪抱死。目的目的：抗側(cè)滑、甩尾，提高制動(dòng)安全及制動(dòng)過(guò)程中的可駕馭性?？箓?cè)滑、甩尾，提高制動(dòng)安全及制動(dòng)過(guò)程中的可駕馭性。 在此系統(tǒng)中，霍爾傳感器作為車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器，是制動(dòng)過(guò)程的實(shí)時(shí)速度采集器，是ABS中的關(guān)鍵部件之一。1-車(chē)速齒輪傳感器車(chē)速齒輪傳感器2-壓力調(diào)節(jié)器壓力調(diào)節(jié)器3-電子控制器電子控制器車(chē)速齒輪傳感器 電子控制器 壓力調(diào)節(jié)器（信號(hào)采集） （處理） （制動(dòng)）Ffmaxf滑 在汽車(chē)的新一代智能發(fā)動(dòng)機(jī)中，用霍爾齒輪傳感器來(lái)檢測(cè)曲軸位置和活塞在汽缸中的運(yùn)動(dòng)速度，以提供更準(zhǔn)確的點(diǎn)火時(shí)間，其作用是別的速度傳感器難以代替的。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）相位精度高

22、，可滿足）相位精度高，可滿足0.4曲軸角的要求，不需采用相位補(bǔ)償。曲軸角的要求，不需采用相位補(bǔ)償。（2）可滿足）可滿足0.05度曲軸角的熄火檢測(cè)要求。度曲軸角的熄火檢測(cè)要求。（3）輸出為矩形波，幅度與車(chē)輛轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。在電子控制單元中作進(jìn)一步）輸出為矩形波，幅度與車(chē)輛轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。在電子控制單元中作進(jìn)一步的傳感器信號(hào)調(diào)整時(shí)，會(huì)降低成本。的傳感器信號(hào)調(diào)整時(shí)，會(huì)降低成本。汽車(chē)電子點(diǎn)火電路及波形汽車(chē)電子點(diǎn)火電路及波形 1點(diǎn)火開(kāi)關(guān) 2達(dá)林頓晶體管功率開(kāi)關(guān) 3點(diǎn)火線圈低壓側(cè) 4點(diǎn)火線圈鐵心 5點(diǎn)火線圈高壓側(cè) 6分火頭 7火花塞 a a）電路）電路 b b）霍爾）霍爾ICIC及點(diǎn)火線圈高壓側(cè)輸出波形及點(diǎn)火線圈高壓

23、側(cè)輸出波形 桑塔納汽車(chē)霍爾式分電器示意圖桑塔納汽車(chē)霍爾式分電器示意圖 1-觸發(fā)器葉片 2-槽口 3-分電器轉(zhuǎn)軸 4-永久磁鐵 5-霍爾集成電路a.a.帶缺口的觸發(fā)器葉片帶缺口的觸發(fā)器葉片 c.c.葉片位置與點(diǎn)火正時(shí)的關(guān)系葉片位置與點(diǎn)火正時(shí)的關(guān)系 b.b.觸發(fā)器葉片與永久磁鐵及霍爾集成電路之間的安裝關(guān)系觸發(fā)器葉片與永久磁鐵及霍爾集成電路之間的安裝關(guān)系開(kāi)關(guān)型霍爾開(kāi)關(guān)型霍爾ICIC 軟鐵分流翼片軟鐵分流翼片 設(shè)置：設(shè)置：按不同方法設(shè)置磁體，將它們和霍爾開(kāi)關(guān)電路組合起來(lái)可以構(gòu)成各種旋轉(zhuǎn)傳感器。原理：原理：霍爾電路通電后，磁體每經(jīng)過(guò)霍爾電路一次，便輸出一個(gè)電壓脈沖。應(yīng)用：應(yīng)用：對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)物體實(shí)施轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速、

24、角度、角速度等物理量的檢測(cè)。7.旋轉(zhuǎn)傳感器 下圖的殼體內(nèi)裝有一個(gè)下圖的殼體內(nèi)裝有一個(gè)帶磁體的葉輪帶磁體的葉輪，磁體旁裝有，磁體旁裝有霍爾開(kāi)關(guān)電路霍爾開(kāi)關(guān)電路，被測(cè)流體從管道一端通入，推動(dòng)葉輪帶動(dòng)與之相連的磁體轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)霍被測(cè)流體從管道一端通入，推動(dòng)葉輪帶動(dòng)與之相連的磁體轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)霍爾器件時(shí)，電路輸出脈沖電壓。爾器件時(shí)，電路輸出脈沖電壓。 根據(jù)脈沖的數(shù)目可以得到流體的根據(jù)脈沖的數(shù)目可以得到流體的流速流速。若知管道的內(nèi)徑，可。若知管道的內(nèi)徑，可由流速和管徑求得由流速和管徑求得流量流量?；魻栯娐酚呻娎|來(lái)供電和輸出?；魻栯娐酚呻娎|來(lái)供電和輸出。A1A2JK觸發(fā)器觸發(fā)器轉(zhuǎn)速電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)速電壓轉(zhuǎn)換器3 數(shù)

25、字電壓表數(shù)字電壓表12B永久磁永久磁鐵鐵NN轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械開(kāi)關(guān)型霍爾傳開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器感器+5VUN霍爾車(chē)速表的框圖 轉(zhuǎn)軸上固定一永久磁鐵，開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器裝在固定軸座上，輸出脈沖經(jīng)過(guò)放大、整型計(jì)數(shù)處理后，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的信號(hào)轉(zhuǎn)換，便可得到數(shù)字顯示車(chē)速。8.霍爾位移傳感器l原理：原理：當(dāng)工作電流保持不變時(shí)，霍爾元件在均勻梯度磁場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)的輸出霍爾電壓值由其在該磁場(chǎng)中的位移決定。l應(yīng)用：應(yīng)用：以微位移檢測(cè)為基礎(chǔ)，可以構(gòu)成壓力壓力、應(yīng)力應(yīng)力、應(yīng)變、機(jī)械振動(dòng)、加速度加速度、重量、稱(chēng)重等霍爾傳感器。l優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：慣性小、頻響快、工作可靠、壽命長(zhǎng)。 上圖是上圖是3 3 種產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的磁系統(tǒng)及其與霍爾器件組

26、種產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的磁系統(tǒng)及其與霍爾器件組成的位移傳感器的輸出特性曲線。成的位移傳感器的輸出特性曲線。 從曲線可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)（從曲線可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)（b b）在）在Z2mmZ2mm時(shí)，時(shí)，VH VH 與與Z Z 有良好的有良好的線性關(guān)系，且分辨力可達(dá)線性關(guān)系，且分辨力可達(dá)1m1m，結(jié)構(gòu)（，結(jié)構(gòu)（C C）的靈敏度高，但）的靈敏度高，但工作距離較小。工作距離較小。 由彈性元件、磁系統(tǒng)、霍爾元件組成。加上壓由彈性元件、磁系統(tǒng)、霍爾元件組成。加上壓力后，使磁系統(tǒng)和霍爾元件間產(chǎn)生相對(duì)位移，改變作用到霍爾元件的磁力后，使磁系統(tǒng)和霍爾元件間產(chǎn)生相對(duì)位移，改變作用到霍爾元件的磁場(chǎng)，從而改變輸出電壓。由事先校準(zhǔn)的場(chǎng)，從而改變

27、輸出電壓。由事先校準(zhǔn)的p-f(Up-f(UH H) )曲線曲線可得被測(cè)的壓力值。可得被測(cè)的壓力值。三種霍爾壓力傳感器的構(gòu)成原理圖圖(a)(a)：用鋼作成上下兩個(gè)塊子，之間用兩條較細(xì)的梁支撐，鋼下塊：用鋼作成上下兩個(gè)塊子，之間用兩條較細(xì)的梁支撐，鋼下塊置一銷(xiāo)柱，銷(xiāo)上貼兩對(duì)永磁體，形成均勻梯度磁場(chǎng)，上塊上貼兩個(gè)霍置一銷(xiāo)柱，銷(xiāo)上貼兩對(duì)永磁體，形成均勻梯度磁場(chǎng)，上塊上貼兩個(gè)霍爾傳感器。受剪切力作用后，支撐梁發(fā)生形變，使霍爾傳感器和磁場(chǎng)爾傳感器。受剪切力作用后，支撐梁發(fā)生形變，使霍爾傳感器和磁場(chǎng)間發(fā)生位移，使傳感器輸出發(fā)生變化。從間發(fā)生位移，使傳感器輸出發(fā)生變化。從事先校準(zhǔn)的曲線事先校準(zhǔn)的曲線上查得被測(cè)

28、上查得被測(cè)物受到的剪切應(yīng)力。物受到的剪切應(yīng)力。檢測(cè)壓應(yīng)力的原理，可構(gòu)成檢測(cè)質(zhì)量的裝置，稱(chēng)為霍爾稱(chēng)重傳感器?；魻柗Q(chēng)重傳感器。 在合體上固定均質(zhì)彈簧片在合體上固定均質(zhì)彈簧片S S，S S中部中部U U處裝一慣處裝一慣性塊性塊M M，末端，末端b b固定測(cè)量位移的霍爾元件固定測(cè)量位移的霍爾元件H H，H H的上下的上下方裝上一對(duì)永磁體，它們方裝上一對(duì)永磁體，它們同極性相對(duì)安裝。同極性相對(duì)安裝。 盒體固定在被測(cè)對(duì)象上，當(dāng)其與被測(cè)對(duì)象一起做垂盒體固定在被測(cè)對(duì)象上，當(dāng)其與被測(cè)對(duì)象一起做垂直想上的加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，慣性塊在慣性力的作用下產(chǎn)生一直想上的加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，慣性塊在慣性力的作用下產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)合體的位移，產(chǎn)生霍

29、爾電壓個(gè)相對(duì)合體的位移，產(chǎn)生霍爾電壓U UH H的變化。的變化。 可從可從U UH H與加速度的關(guān)系曲線與加速度的關(guān)系曲線上求得加速度。上求得加速度。 在有電流流過(guò)的導(dǎo)線周?chē)鷷?huì)感生出磁場(chǎng)在有電流流過(guò)的導(dǎo)線周?chē)鷷?huì)感生出磁場(chǎng), ,該磁場(chǎng)與流過(guò)的該磁場(chǎng)與流過(guò)的電流的關(guān)系電流的關(guān)系, ,可由可由安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理求出。求出。u用霍爾器件檢測(cè)由電流感生的磁場(chǎng),即可測(cè)出產(chǎn)生這個(gè)磁場(chǎng)的電流的量值。由此,可以構(gòu)成霍爾電流、電壓傳感器霍爾電流、電壓傳感器。 u霍爾器件UH與B和I的乘積成比例，是一個(gè)具有乘法器功能的器件，構(gòu)成具有各種特殊功能的霍爾功率計(jì)和霍爾電度表霍爾功率計(jì)和霍爾電度表。u由輸入電信號(hào)建立

30、的磁場(chǎng)，經(jīng)霍爾器件實(shí)現(xiàn)了磁電變換后，又變成電信號(hào)輸出，這一變換實(shí)現(xiàn)了輸入輸出信號(hào)間的電隔離，由此可構(gòu)成隔離放大器、隔離耦合器隔離放大器、隔離耦合器等新型產(chǎn)品。9.實(shí)現(xiàn)電-磁-電的轉(zhuǎn)換 用一環(huán)形導(dǎo)磁材料作成磁芯，套在被測(cè)電流流過(guò)的導(dǎo)線上，將導(dǎo)線中電流感生的磁場(chǎng)聚集起來(lái)，在磁芯上開(kāi)一氣隙，內(nèi)置一個(gè)霍爾線性器件。 將霍爾器件的輸出（必要時(shí)可進(jìn)行放大）送到經(jīng)校準(zhǔn)的顯示器上，即可由霍爾輸出電壓的數(shù)值直接得出被測(cè)電流值。直接測(cè)量式霍爾電流傳感器直接測(cè)量式霍爾電流傳感器n在這種應(yīng)用中，霍爾器件是磁場(chǎng)檢測(cè)器，它檢測(cè)的是磁芯氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。電流增大后，磁芯可能達(dá)到飽和。n隨著頻率升高，磁芯中的渦流損耗、磁滯

31、損耗等也會(huì)隨之升高。這些都會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響。u選擇飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高的磁芯材料u制成多層磁芯u采用多個(gè)霍爾元件來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。l結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果的精度和線性度較高，可測(cè)直流交流和各種波形的電流。l價(jià)格相對(duì)便宜，使用非常方便，已得到極為廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外已有許多廠家生產(chǎn)。存在問(wèn)題存在問(wèn)題改善措施改善措施優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)零磁通式霍爾電流傳感器零磁通式霍爾電流傳感器 將霍爾器件的輸出電壓、電流依次放大，再讓放大的電流通過(guò)補(bǔ)償線將霍爾器件的輸出電壓、電流依次放大，再讓放大的電流通過(guò)補(bǔ)償線圈，并令補(bǔ)償線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)和被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反。圈，并令補(bǔ)償線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)和被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反。若滿足條件若

32、滿足條件IoN1=IsN2，則磁芯中的磁通為，則磁芯中的磁通為0 0，這時(shí)下式成立：，這時(shí)下式成立： Io=Is(N2/N1)Io=Is(N2/N1)IoIo-被測(cè)電流被測(cè)電流 N1N1-初級(jí)繞組匝數(shù)初級(jí)繞組匝數(shù) IsIs-補(bǔ)償繞組電流補(bǔ)償繞組電流 N2N2-補(bǔ)償繞組匝數(shù)。補(bǔ)償繞組匝數(shù)。鐵心鐵心 線性霍爾線性霍爾IC EH=KH IB 霍爾電流傳感器演示磁平衡是過(guò)程自動(dòng)建立的動(dòng)態(tài)平衡。建立平衡所需的時(shí)間極短。磁平衡是過(guò)程自動(dòng)建立的動(dòng)態(tài)平衡。建立平衡所需的時(shí)間極短。平衡時(shí)，霍爾器件處于零磁通狀態(tài)。磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度極低。不會(huì)使平衡時(shí)，霍爾器件處于零磁通狀態(tài)。磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度極低。不會(huì)使磁芯飽和或是產(chǎn)生大的磁滯損耗和渦流損耗。磁芯飽和或是產(chǎn)生大的磁滯損耗和渦流損耗。