霍爾傳感器工作原理及其應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上霍爾傳感器工作原理及其應(yīng)用| 一、霍爾齒輪傳感器 差動(dòng)霍爾電路制成的霍爾齒輪傳感器，如圖1所示,新一代的霍爾齒輪轉(zhuǎn)速傳感器，廣泛用于新一代的汽車智能發(fā)動(dòng)機(jī)，作為點(diǎn)火定時(shí)用的速度傳感器，用于ABS（汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)）作為車速傳感器等。 在ABS中，速度傳感器是十分重要的部件。ABS的工作原理示意圖如圖2所示。圖中，1是車速齒輪傳感器；2是壓力調(diào)節(jié)器；3是控制器。在制動(dòng)過(guò)程中，控制器3不斷接收來(lái)自車速齒輪傳感器1和車輪轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)并進(jìn)行處理，得到車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2發(fā)出指令，調(diào)節(jié)器及時(shí)準(zhǔn)確地作出響應(yīng)，使制動(dòng)氣室執(zhí)行充氣

2、、保持或放氣指令，調(diào)節(jié)制動(dòng)器的制動(dòng)壓力，以防止車輪抱死，達(dá)到抗側(cè)滑、甩尾，提高制動(dòng)安全及制動(dòng)過(guò)程中的可駕馭性。在這個(gè)系統(tǒng)中，霍爾傳感器作為車輪轉(zhuǎn)速傳感器，是制動(dòng)過(guò)程中的實(shí)時(shí)速度采集器，是ABS中的關(guān)鍵部件之一。 在汽車的新一代智能發(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，它具有如下許多新的優(yōu)點(diǎn)。（1）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。（2）可滿足0.05度曲軸角的熄火檢測(cè)要求。（3）輸出為矩形波，幅度與車輛轉(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。 用齒輪傳感器，除可

3、檢測(cè)轉(zhuǎn)速外，還可測(cè)出角度、角速度、流量、流速、旋轉(zhuǎn)方向等等。 圖1霍爾速度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1.車輪速度傳感器2.壓力調(diào)節(jié)器3.電子控制器圖2ABS氣制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理示意圖二、旋轉(zhuǎn)傳感器 按圖3所示的各種方法設(shè)置磁體，將它們和霍爾開關(guān)電路組合起來(lái)可以構(gòu)成各種旋轉(zhuǎn)傳感器?；魻栯娐吠姾?，磁體每經(jīng)過(guò)霍爾電路一次，便輸出一個(gè)電壓脈沖。(a)徑向磁極(b)軸向磁極(c)遮斷式圖3旋轉(zhuǎn)傳感器磁體設(shè)置 由此，可對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)物體實(shí)施轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速、角度、角速度等物理量的檢測(cè)。在轉(zhuǎn)軸上固定一個(gè)葉輪和磁體，用流體（氣體、液體）去推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，便可構(gòu)成流速、流量傳感器。在車輪轉(zhuǎn)軸上裝上磁體，在靠近磁體的位置上裝上霍爾開關(guān)

4、電路，可制成車速表，里程表等等，這些應(yīng)用的實(shí)例如圖4所示。 圖4的殼體內(nèi)裝有一個(gè)帶磁體的葉輪，磁體旁裝有霍爾開關(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)霍爾器件時(shí)，電路輸出脈沖電壓，由脈沖的數(shù)目，可以得到流體的流速。若知管道的內(nèi)徑，可由流速和管徑求得流量。霍爾電路由電纜35來(lái)供電和輸出。圖4霍爾流量計(jì) 由圖5可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的信號(hào)轉(zhuǎn)換，便可得到數(shù)字顯示的車速。 利用鎖定型霍爾電路，不僅可檢測(cè)轉(zhuǎn)速，還可辨別旋轉(zhuǎn)方向，如圖6所示。 曲線1對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)圖（a）,曲線2對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)圖(b)，曲線3對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)圖(c)。 圖5霍爾車速表的框圖圖6利用霍爾開關(guān)鎖定器進(jìn)行方向和轉(zhuǎn)速測(cè)定 三、霍爾

5、位移傳感器 若令霍爾元件的工作電流保持不變，而使其在一個(gè)均勻梯度磁場(chǎng)中移動(dòng)，它輸出的霍爾電壓VH值只由它在該磁場(chǎng)中的位移量Z來(lái)決定。圖7示出3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，將它們固定在被測(cè)系統(tǒng)上，可構(gòu)成霍爾微位移傳感器。從曲線可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)（b）在Z2mm時(shí)，VH與Z有良好的線性關(guān)系，且分辨力可達(dá)1m，結(jié)構(gòu)（C）的靈敏度高，但工作距離較小。圖7 幾種產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的磁系統(tǒng)和幾種霍爾位移傳感器的靜態(tài)特性 用霍爾元件測(cè)量位移的優(yōu)點(diǎn)很多：慣性小、頻響快、工作可靠、壽命長(zhǎng)。 以微位移檢測(cè)為基礎(chǔ)，可以構(gòu)成壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、機(jī)械振動(dòng)、加速度、重量、稱重等霍爾傳感器。 四、霍

6、爾壓力傳感器 霍爾壓力傳感器由彈性元件，磁系統(tǒng)和霍爾元件等部分組成，如圖8所示。在圖8中，（a）的彈性元件為膜盒，(b)為彈簧片，(c)為波紋管。磁系統(tǒng)最好用能構(gòu)成均勻梯度磁場(chǎng)的復(fù)合系統(tǒng)，如圖8中的(a)、(b)，也可采用單一磁體，如（c）。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上的磁場(chǎng)，從而改變它的輸出電壓VH。由事先校準(zhǔn)的pf(VH)曲線即可得到被測(cè)壓力p的值。圖8幾種霍爾壓力傳感器的構(gòu)成原理五、霍爾應(yīng)力檢測(cè)裝置 圖9示出用來(lái)進(jìn)行土壤和砂子與鋼界面上的法向和切向應(yīng)力檢測(cè)的霍爾傳感器裝置。(a)檢測(cè)向切應(yīng)力，(b)檢測(cè)壓應(yīng)力。箭頭所指是施加的外力方向。在圖9(a)中

7、，儀器上用鋼作成上下兩個(gè)塊子，它們之間有兩條較細(xì)的梁支撐，在鋼下塊上置一銷柱，銷上貼兩對(duì)永磁體，形成均勻梯度磁場(chǎng)，在上塊上貼兩個(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)間發(fā)生位移，使傳感器輸出發(fā)生變化。由霍爾傳感器的輸出可從事先校準(zhǔn)的曲線上查得與該裝置相接的砂或土受到的剪切應(yīng)力。 圖9(b)的磁體固定在受力后產(chǎn)生形變的膜片上，霍爾傳感器固定在一桿上。檢測(cè)原理同上。應(yīng)用檢測(cè)壓應(yīng)力的原理，可構(gòu)成檢測(cè)重量的裝置，稱作霍爾稱重傳感器。六、 霍爾加速度傳感器 圖10示出霍爾加速度傳感器的結(jié)構(gòu)原理和靜態(tài)特性曲線。在盒體的O點(diǎn)上固定均質(zhì)彈簧片S,片S的中部U處裝一慣性塊M，片S的末端b處固定測(cè)量位移的霍爾元件H，H的上下方裝上一對(duì)永磁體，它們同極性相對(duì)安裝。盒體固定在被測(cè)對(duì)象上，當(dāng)它們與被測(cè)對(duì)象一起作垂直向上的加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，慣性塊在慣性力的作用下使霍爾元件H產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)盒體的位移，產(chǎn)生霍爾電壓VH的變化?？蓮腣H與加速度的關(guān)系曲線上求得加速度。七、霍爾振動(dòng)傳感器 圖11所示為一種霍爾機(jī)械振動(dòng)傳感器。圖中，1為霍爾元件，固定在非磁性材料的平板2上，平板2緊固在頂桿3上，頂桿3通過(guò)觸點(diǎn)4與被測(cè)對(duì)象接觸，隨之做機(jī)械振動(dòng)。元件1置于磁系統(tǒng)6中。當(dāng)觸頭4靠在被測(cè)物體上時(shí)，經(jīng)頂桿3，平板2使霍爾元件在磁場(chǎng)中