14霍尔传感器

第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器第三章信号的获取第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器第五节其他类型传感器一、霍尔传感器二、光纤传感器三、气敏传感器四、智能传感器第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器•既不是参量型，也不是发电型传感器•既不是能量控制型，也不是能量转换型传感器•在某些领域应用广泛第五节其他类型传感器有些传感器第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器一、霍尔传感器•19世纪后期，已发现在金属中存在霍尔效应由于其效应很微弱，很久未被重视•20世纪中叶，半导体科学的发展才制成实用型的元件•20世纪60年代后，成为值得重视的技术工具第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器•带电粒子在磁场中的运动会受到洛伦兹力FL的作用•洛伦兹力FL的方向由左手定则决定•洛伦兹力的作用结果，使带电粒子偏向c，d电极•在垂直于B和I的方向上产生一感应电动势VH该现象称为霍尔效应，所产生的电动势VH称为霍尔电势1.基本原理•厚度为d的N型半导体薄片上垂直作用了磁感应强度为B的磁场•若在一个方向上通以电流I•N型半导体中多数载流子为电子——它沿与电流的相反方向运动第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器霍尔电势VH的大小由下式决定：sinHHVKIBa=(3-48)式中KH——霍尔常数，表示单位磁感应强度和单位控制电流下所得的开路霍尔电势，取决于材质、元件尺寸，并受温度变化影响；α——电流方向与磁场方向夹角，如两者垂直，则sinα＝1。•纯金属中自由电子浓度过高，霍尔效应微弱，无实用价值•半导体是霍尔元件的常用材料•材料的厚度d愈小，则KH就愈大、灵敏度愈高第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器2.霍尔传感器的应用•片芯是一块矩形半导体薄片一般采用N形锗、锑化铟、砷化铟、砷化镓和磷砷化铟等•长边两侧面焊有两根控制电流极引线，短边两侧面的中点焊以两导线输出霍尔电势•霍尔芯片一般用非磁性金属、陶瓷或环氧树脂封装sinHHVKIBa=(3-48)•式(3-48)可知，改变I或B，或两者同时改变均会引起VH的变化•利用该原理可以做成各种传感元件霍尔传感器的结构第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器•在磁场和控制电流的作用下，输出端有电压输出•使用时，I和B都可作为输入信号，输出信号正比于两者的乘积•建立霍尔电势所需的时间极短(10-12~10-14)•所测外界信号频率可以很高sinHHVKIBa=(3-48)霍尔元件的基本电路•R为调节电阻，调节控制电流的大小•VH两端为霍尔电势输出端第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器•霍尔元件可制成位移传感器•霍尔元件置于两相反方向的磁场中•在a、b两端通入控制电流i•左半产生的霍尔电势VH1和右半产生的霍尔电势VH2方向相反•c，d两端输出电压是VH1-VH2，若使初始位置时VH1=VH2，则输出电压为零。•当霍尔元件相对于磁极作x方向位移时，可得到输出电压VH=VH1-VH2，且ΔVH数值正比于位移量Δx，正负方向取决于位移Δx的方向•霍尔元件传感器既能测量位移的大小，又能鉴别位移的方向第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器•霍尔元件在静止状态下具有感受磁场的独特能力•霍尔元件的特点：结构简单可靠体积小噪声低动态范围大(输出电压变化范围可达1000:1)频率范围宽(从直流到微波频段)寿命长价格低第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器•可以广泛应用于测量：位移可转化为位移的力和加速度磁场变化•应用中不用永久磁铁产生的磁场，而是用一个可变电流作激磁的可变磁场，输出电压就决定于控制电流和激磁电流的乘积——霍尔元件就成了一种两个模拟信号的乘法器第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器第三章信号的获取第五节其他类型传感器一、霍尔传感器TheEnd