第五章霍爾傳感器ppt課件

1、8.1 霍爾效應(yīng)及霍爾元件霍爾效應(yīng)及霍爾元件8.2 霍爾集成傳感器霍爾集成傳感器8.3 霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用8.1 霍爾效應(yīng)及霍爾元件8.1.1 霍爾效應(yīng) 位于磁場中的靜止載流導(dǎo)體，當其電流I的方向與磁場強度H的方向之間有夾角時，則在載流導(dǎo)體中平行與H、I的兩側(cè)面之間將產(chǎn)生電動勢，這一物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 如圖8-1所示， 圖8-1 霍爾效應(yīng)原理 其洛侖茲力大小可表示為 FL= q0vB 靜電場對電子的作用力 上式連立:bUqEqFH0H0EBIKdBIRdnqBIUCHCH0CH式中:0H1nqR霍爾系數(shù)m3/C） dRKHH霍爾器件的靈敏系數(shù) 8.1.2霍爾元件和測量電路霍爾

2、元件 霍爾元件的結(jié)構(gòu)如圖8-2所示。 圖中的矩形薄片狀的立方晶體稱為基片，在它的兩垂側(cè)面上各裝有一對電極，電極1-1用以加激勵電壓或流過激勵電流，故稱為激勵電極，電極2-2作為霍爾電勢UH的輸出，故稱為霍爾電極，基片的尺寸要求厚度d越薄越好，d越薄，霍爾元件的靈敏系數(shù) 越大，在基片外面用金屬或陶瓷、環(huán)氧樹脂封裝作為外殼。圖8-3是霍爾元件的通用圖形符號。圖8-2 外形結(jié)構(gòu)示意圖 圖8-3 圖形符號2霍爾元件的測量電路(1)基本測量電路 霍爾元件的基本測量電路如圖8-5所示。激勵電流由電壓源E供給，其大小由可變電阻來調(diào)節(jié)。 8-5基本測量電路 (2)霍爾元件的輸出電路 在實際應(yīng)用中，要根據(jù)不同的

3、使用要求采用不同的連接電路方式。如在直流激勵電流情況下，位了獲得較大的霍爾電壓，可將幾塊霍爾元件的輸出電壓串聯(lián)，如圖8-6a所示。在交流激勵電流情況下，幾塊霍爾元件的輸出可通過變壓器接成如圖8-6b的形式，以增加霍爾電壓或輸出功率。 (a) 直流激勵 (b) 交流激勵 圖8-6 霍爾元件的輸出電路 8.1.3 霍爾元件的主要特性參數(shù)1輸入電阻Ri和輸出電阻Ro 定義霍爾元件激勵電極之間的電阻稱為輸入電阻Ri?；魻栯姌O之間的電阻稱為輸出電阻Ro 2額定激勵電流IN和最大允許激勵電流Imax 霍爾元件在空氣中產(chǎn)生的溫升為10時，所對應(yīng)的激勵電流稱為額定激勵電流IN。以元件允許的最大溫升為限制，所對

4、應(yīng)的激勵電流稱為最大允許激勵電流Imax。 3不等位電勢和不等位電阻 當霍爾元件的激勵電流為額定值IN時，若元件所處位置的磁感應(yīng)強度為零，則它的霍爾電勢應(yīng)該為零，但實際不為零，這時測得的空載霍爾電勢稱為不等位電勢。 產(chǎn)生原因:主要由霍爾電極安裝不對稱造成的,由于半導(dǎo)體材料的電阻率不均勻、基片的厚度和寬度不一致、霍爾電極與基片的接觸不良部分接觸等原因，即使霍爾電極的裝配絕對對稱，也會產(chǎn)生不等位電勢。補償方法: 任意兩相鄰的電極之間可視為一個等效電阻,則霍爾元件可視為一四臂電橋,要不等位電勢為0,只需電橋輸出為零即可,因此采用加調(diào)零電位器的方法很好.如圖8-7所示.4交流不等位電勢與寄生直流電勢

5、在不加外磁場的情況下，霍爾元件使用交流激勵時，霍爾電極間的開路交流電勢稱為交流不等位電勢。在此情況下輸出的直流電勢稱為寄生直流電勢。產(chǎn)生交流不等位電勢的原因與不等位電勢相同，而寄生直流電勢的產(chǎn)生則是由于：（1霍爾電極與基片間的非完全歐姆接觸而產(chǎn)生的整流效應(yīng)。（2霍爾電極與基片間的非完全歐姆接觸而產(chǎn)生的整流效應(yīng)，使激勵電流中包含有直流分量，通過霍爾元件的不等位電勢的作用反映出來。一般情況下，不等位電勢越小，寄生直流電勢也越小。（3當兩個霍爾電極的焊點大小不同時，由于它們的熱容量、熱耗散等情況的不同，引起兩電極溫度不同而產(chǎn)生溫差電勢，也是寄生直流電勢的一部分。 寄生直流電勢可用圖8-8所示電路測量

6、，經(jīng)變壓器降壓后的交流電源供給霍爾元件的激勵電流，直流電位差計UJ-30的顯示靈敏度應(yīng)大于10-7V。圖8-8 測量寄生直流電勢的電路圖5霍爾電勢溫度系數(shù) 在一定磁感應(yīng)強度和激勵電流下，溫度每變化1時，霍爾電勢變化的百分率，稱為霍爾電勢溫度系數(shù)。6霍爾靈敏系數(shù)KH 在單位控制電流和單位磁感應(yīng)強度作用下，霍爾器件輸出端的開路電壓，稱為霍爾靈敏系數(shù)KH，霍爾靈敏系數(shù)KH的單位為V/（AT）。8.1.4 霍爾器件的材料選擇 以N型半導(dǎo)體材料為好.表中給出常見的材料.表8-1 霍爾器件常用材料的物理性能8.2.1霍爾開關(guān)集成傳感器1工作原理圖8-9 霍爾開關(guān)集成傳感器原理框圖（1霍爾元件：在0.1T磁

7、場作用下，霍爾元件開路時可輸出20mV左右 的霍爾電壓，當有負載時輸出10mV左右的霍爾電壓。（2差分放大器：放大器將霍爾電壓放大，以便驅(qū)動后一級整形電路。（3整形電路：一般采用施密特觸發(fā)器，它把經(jīng)差分放大的電壓整形為矩形脈沖，實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。（4輸出管：由一個或兩個三極管組成，采用單管或雙管集電極開路輸出，集電極輸出的優(yōu)點是可以跟很多類型的電路直接連接，使用方便。（5電源電路：包括穩(wěn)壓電路和恒流電路，設(shè)置穩(wěn)壓和恒流電路的目的，一方面是為了改善霍爾傳感器的溫度性能，另一方面可以大大提高集成霍爾傳感器工作電源電壓的適用范圍。2霍爾開關(guān)集成傳感器的特性（1磁特性 霍爾開關(guān)集成傳感器的磁特性是指由高

8、電平翻轉(zhuǎn)為低電平的導(dǎo)通磁感應(yīng)強度BHL）、由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平的截止磁感應(yīng)強度BLH和磁感應(yīng)強度的滯環(huán)寬度 . 滯環(huán)寬度對霍爾開關(guān)集成傳感器是必需的，因為在導(dǎo)通磁感應(yīng)強度BHL附近，如果沒有滯環(huán)效應(yīng)或滯環(huán)效應(yīng)很小，那么由于磁噪聲或磁鋼振動等原因，會使電路的輸出反復(fù)開啟和關(guān)閉，形成類似于自激振蕩現(xiàn)象。為防止這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，必須具有一定寬度的滯環(huán)。但如果這種滯環(huán)寬度過大，對開關(guān)動作也是不利的，因為要求磁場變化幅度很大，有可能不發(fā)生動作而出現(xiàn)漏計現(xiàn)象。 我國CS型開關(guān)集成霍爾傳感器的滯環(huán)寬度典型值為610-3T。 圖8-10給出了霍爾開關(guān)集成傳感器磁電轉(zhuǎn)換特 性曲線，橫坐標表示作用于霍爾元件上的正向

9、磁感應(yīng)強度。 8-10 霍爾開關(guān)集成傳 感器輸出特性 （2電特性 霍爾開關(guān)集成傳感器的電特性是指它的輸出電性能，標志它的輸出電性能的主要參數(shù)有輸出高電平UOH、輸出低電平UOL 、負載電流IOL、輸出漏電流IOH、截止電源電流ICCH和導(dǎo)通電源電流ICCL等參數(shù)。（3溫度特性 霍爾開關(guān)集成傳感器參數(shù)也隨溫度的變化而變化，在此主要討論它的導(dǎo)通磁感應(yīng)強度BHL）、截止磁感應(yīng)強度BLH和滯環(huán)寬度的溫度特性由圖8-11a可以看出，導(dǎo)通磁感應(yīng)強度的溫度系數(shù)約為1.52）10-4T/，是正溫度系數(shù)。從BHL與BLH特性曲線的差值中算出滯環(huán)寬度的溫度系數(shù)約為 0.2%0.3%，是負溫度系數(shù)。 圖8-11b給

10、出了CS型霍爾開關(guān)集成傳感器兩個磁特性參數(shù)隨電源電壓E的變化曲線。從圖中可以看出，BHL和BLH參數(shù)在電源電壓E6V時，隨電源電壓減少而增加，但滯環(huán)寬度隨電源電壓減小而減??；在電源電壓E8V時，這三個參數(shù)基本變化不大。 圖8-11 霍爾開關(guān)集成傳感器溫度特性8.2.2 霍爾線性集成傳感器 線性集成霍爾傳感器是將霍爾器件、放大電路、電壓調(diào)整電路、電流放大輸出級、失調(diào)調(diào)整和線性度調(diào)整部分集成在一塊芯片上，其特點是輸出電壓隨外加磁感應(yīng)強度B呈線性變化?；魻柧€性集成傳感器分單端輸出和雙端輸出兩種，它們的結(jié)構(gòu)如圖8-12a）、（b所示。 （a） SL3501T型結(jié)構(gòu)單端輸出） (b) SL3501M型結(jié)

11、構(gòu)雙端輸出） 圖8-12 線性集成霍爾傳感器的電路結(jié)構(gòu) 由于霍爾傳感器具有在靜態(tài)狀態(tài)下感受磁場的獨特能力，而且它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、頻帶寬從直流到微波）、動態(tài)特性好和壽命長、無觸點等許多優(yōu)點，因此在測量技術(shù)，自動化技術(shù)和信息處理等方面有著廣泛應(yīng)用。 歸納起來，霍爾傳感器有三個方面的用途：（1當控制電流不變時，使傳感器處于非均勻磁場中，則傳感器的霍爾電勢正比于磁感應(yīng)強度，利用這一關(guān)系可反映位置、角度或勵磁電流的變化。 （2當控制電流與磁感應(yīng)強度皆為變量時，傳感器的輸出與這兩者乘積成正比。在這方面的應(yīng)用有乘法器、功率計以及除法、倒數(shù)、開方等運算器，此外，也可用于混頻、調(diào)制、解調(diào)等環(huán)節(jié)中，

12、但由于霍爾元件變換頻率低，溫度影響較顯著等缺點，在這方面的應(yīng)用受到一定的限制，這有待于元件的材料、工藝等方面的改進或電路上的補償措施。（3若保持磁感應(yīng)強度恒定不變，則利用霍爾電壓與控制電流成正比的關(guān)系，可以組成回轉(zhuǎn)器、隔離器和環(huán)行器等控制裝置。 8.3.1 霍爾位移傳感器霍爾位移傳感器圖8-13 霍爾位移傳感器8.3.2 霍爾電流變換器 圖8-14 霍爾傳感器電流變換器8.3.3 利用霍爾傳感器實現(xiàn)無接觸式仿型加工 圖8-15 無接觸式仿型加工原理示意圖8.3.4 自動供水裝置圖8-16 自動供水裝置8.3.5 霍爾元件在磁性材料研究中的應(yīng)用圖8-17 研究閉合材料試樣磁特性的線路框圖8.3.

13、6非接觸式鍵盤開關(guān) 圖8-18 用霍爾開關(guān)集成傳感器構(gòu)成的按鈕 位于磁場中的靜止載流導(dǎo)體，當電流I的方向與磁場強度H的方向垂直時，則在載流導(dǎo)體中平行與H、I的兩側(cè)面之間將產(chǎn)生電動勢，這個電動勢稱為霍爾電勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。利用霍爾效應(yīng)原理制成的傳感器稱為霍爾傳感器。 霍爾傳感器有分立元件式簡稱霍爾元件和集成式簡稱霍爾集成傳感器兩種?；魻栐Ｓ面N、硅、砷化鎵、砷化銦及銻化銦等半導(dǎo)體材料制作而成。霍爾集成傳感器是將霍爾器件、放大電路、電壓調(diào)整電路、電流放大輸出級、失調(diào)調(diào)整和線性度調(diào)整部分集成在一塊芯片上組成的。 霍爾傳感器由于具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、頻帶寬從直流到微波）、動態(tài)特性

14、好和壽命長、無觸點等許多優(yōu)點，因此在測量技術(shù)，自動化技術(shù)和信息處理技術(shù)等方面有著廣泛應(yīng)用。 1. 試述霍爾效應(yīng)的定義。2. 試說明霍爾系數(shù)的物理意義。3. 試述霍爾傳感器的主要參數(shù)。4. 試分析霍爾開關(guān)集成傳感器的組成及各部分的作用。5. 簡述利用霍爾傳感器測量電流、磁感應(yīng)強度、微位移的原理。6. 試舉實例說明霍爾傳感器的應(yīng)用。8.2 集成霍爾傳感器集成霍爾傳感器 集成霍爾傳感器是利用硅集成電路工藝集成霍爾傳感器是利用硅集成電路工藝將霍爾元件和測量線路集成在一起的一將霍爾元件和測量線路集成在一起的一種傳感器。它取消了傳感器和測量電路種傳感器。它取消了傳感器和測量電路之間的界限，實現(xiàn)了材料、元件

15、、電路之間的界限，實現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。集成霍爾傳感器與分立相比，三位一體。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了焊點，因此顯著地提高了可由于減少了焊點，因此顯著地提高了可靠性。此外，它具有體積小、重量輕、靠性。此外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點，正越來越愛到眾的重視。功耗低等優(yōu)點，正越來越愛到眾的重視。集成霍爾傳感器的輸出是經(jīng)過處理的霍集成霍爾傳感器的輸出是經(jīng)過處理的霍爾輸出信號。按照輸出信號的形式，可爾輸出信號。按照輸出信號的形式，可以分為開關(guān)型集成霍爾傳感器和線性集以分為開關(guān)型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類型。成霍爾傳感器兩種類型。8.2.1 開關(guān)型集成霍爾傳感器

16、開關(guān)型集成霍爾傳感器 開關(guān)型集成霍爾傳感器是把霍爾元件開關(guān)型集成霍爾傳感器是把霍爾元件的輸出經(jīng)過處理后輸出一個高電平或低的輸出經(jīng)過處理后輸出一個高電平或低電平的數(shù)字信號。霍爾開關(guān)電路又稱霍電平的數(shù)字信號。霍爾開關(guān)電路又稱霍爾數(shù)字電路，由穩(wěn)壓器、霍爾片、差分爾數(shù)字電路，由穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，其典型電路見圖其典型電路見圖8.2.1。 下面我們分析電路的工作原理。下面我們分析電路的工作原理。 圖中的霍爾元件是在圖中的霍爾元件是在N型硅外延層上型硅外延層上制作的。由于制作的。由于N型硅外延層的電阻率型硅外延層的電阻率一一般為般為1.0

17、1.5cm電子遷移率電子遷移率約為約為1200cm2(Vs)，厚度，厚度d約為約為10m，故很適合做霍爾元件。集成塊中霍爾元故很適合做霍爾元件。集成塊中霍爾元件的長件的長600m，寬為，寬為400m。由于。由于在制造工藝中采用了光刻技術(shù)，電極的在制造工藝中采用了光刻技術(shù)，電極的對稱性好，零位誤差大大減小。另外，對稱性好，零位誤差大大減小。另外，由于厚度由于厚度d很小，霍爾靈敏度也相對提高很小，霍爾靈敏度也相對提高了，在了，在0.1T磁場作用下，元件開路時可磁場作用下，元件開路時可輸出輸出20mV左右的霍爾電壓?；魻栞敵鲎笥业幕魻栯妷??；魻栞敵鼋?jīng)前置放大的后送到斯密特觸發(fā)器，通經(jīng)前置放大的后送到

18、斯密特觸發(fā)器，通過整形成為矩形脈沖輸出。當磁感應(yīng)強過整形成為矩形脈沖輸出。當磁感應(yīng)強度度B為為0時，霍爾元件無輸出，即時，霍爾元件無輸出，即UH=0。線路中，由于流過線路中，由于流過V2集電極電阻的電流集電極電阻的電流大于流過大于流過V1集電極電阻的電流，輸出電集電極電阻的電流，輸出電壓壓U b3Ub4，則，則V3優(yōu)先導(dǎo)通，經(jīng)過優(yōu)先導(dǎo)通，經(jīng)過下面的正反饋過程：下面的正反饋過程： UH2UH1Ub3V1V2V3V4V5V6V7V8Ub4Ue3Uc4Ic4Ic2Ib3Ic1Ue4Ic31234(E) 圖圖8.2.1 8.2.1 開關(guān)型集成霍爾傳感器的典型電路開關(guān)型集成霍爾傳感器的典型電路 最終使得

19、最終使得V3飽和飽和V4截止。此時，截止。此時，V4的集電極處于高電位，的集電極處于高電位，Uc4E，V5截止，截止，V6、V7均截止，輸出為高電平。均截止，輸出為高電平。 當磁感應(yīng)強度當磁感應(yīng)強度B不為不為0時，霍爾元件有時，霍爾元件有UH輸出。若集成霍爾傳感器處于正向磁場，則輸出。若集成霍爾傳感器處于正向磁場，則UH1升高，升高，UH2下降，使下降，使V1的基極電位升高，的基極電位升高，V2的基極電位下降。于是，的基極電位下降。于是，V1的集電極的集電極輸出電壓輸出電壓Ub3下降，下降，V2的集電極輸出電壓的集電極輸出電壓Vb4升高。當升高。當Ub3=Ue3+0.6V時，時，V3由飽和由飽

20、和進入放大狀態(tài)，經(jīng)過下面的正反饋過程：進入放大狀態(tài)，經(jīng)過下面的正反饋過程： Ub3Ic3Ub4Ic4Ue3 最終使得V3截止V4飽和。此時，V4的集電極處于低電位。于是，V5導(dǎo)通，由V5和V6組成的P.N.P和N.P.N型三極管的復(fù)合管，足以使V7、V8進入飽和狀態(tài)。輸出由原來的高電平UoH轉(zhuǎn)換成低電平U0L。 當正向磁場退出時，隨著作用于霍爾元件上磁感應(yīng)強度B的減少，UH相應(yīng)減小。Ub3升高，Ub4下降。當Ub3= Ue4+0.5V，V3由截止進入放大狀態(tài)，經(jīng)過下面正反饋過程：Ub3 Ic3Ub4Ic4Ue3最終又使得V3飽和，V4截止。V4的集電極處于高電位，恢復(fù)初始狀態(tài)，V7、V8截止，

21、輸出又轉(zhuǎn)換成高電平UoH。 集成霍爾傳感器的輸出電平與磁場B之間的關(guān)系見圖8.2.2，可以看出，集成霍爾傳感器的導(dǎo)通磁感應(yīng)強度和截止磁感應(yīng)強度之間存在滯后效應(yīng)，這是由于V3、V4共用射極電阻的正反饋作用使它們的飽和電流不相等引起的。其回差寬度B為 B=B(HL).B(LH)開關(guān)型集成霍爾傳感器的這一特性，正是我們所需要的，它大大增強了開關(guān)電路的抗干擾能力，保證開關(guān)動作穩(wěn)定，不產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。國產(chǎn)CS型集成霍爾傳感器的磁電特性如下：回差寬度典型值610.3T。電源電壓CS837、CS6837 10V(CS839、CS6839 18V)。低電平輸出電壓U0L均為0.4V，高電平輸出最大漏電流為10A

22、，高電平電源電流ICCH CS837、CS6837為6mA(CS839、CS6839為 7mA)，低電平電源電流ICCL CS837、CS6837為9mA (CS839、CS6839 為7mA)。 UOHUOLU0B(LH)B(HL)B圖圖8.2.2 8.2.2 輸出電平與磁場的關(guān)輸出電平與磁場的關(guān)系系 V1V2V3V4V5V6123475869R1R2R3R4R5R6R7R8 圖圖8.2.3 8.2.3 線性集成霍爾傳感器線性集成霍爾傳感器 8.2.2 線性集成霍爾傳感器線性集成霍爾傳感器 線性集成霍爾傳感器是把霍爾元件與放大線路集成在一起的傳感器。其輸出信號與磁線性集成霍爾傳感器是把霍爾元

23、件與放大線路集成在一起的傳感器。其輸出信號與磁感應(yīng)強度成比例。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，其典型感應(yīng)強度成比例。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，其典型線路見圖線路見圖8.2.3。這是。這是HL1.1型線性集成霍爾傳感器，它的電路比較簡單，用于精度要求型線性集成霍爾傳感器，它的電路比較簡單，用于精度要求不高的一些場合。圖中，霍爾元件的輸出經(jīng)由不高的一些場合。圖中，霍爾元件的輸出經(jīng)由V1、V2、R1至至R5組成的第一級差分放大組成的第一級差分放大器放大，放大后的信號再由器放大，放大后的信號再由V3、V6、R6、R7組成的第二級差分放大器放大。第二

24、級放組成的第二級差分放大器放大。第二級放大采用達林頓對管，射極電阻大采用達林頓對管，射極電阻R8外接，適當選取外接，適當選取R8的阻值，可以調(diào)整該極的工作點，從的阻值，可以調(diào)整該極的工作點，從而改變電路增益。在電源電壓為而改變電路增益。在電源電壓為9V，R8取取2K時，全電路的增益可達時，全電路的增益可達1000倍左右，與分倍左右，與分立元件霍爾傳感器相比，靈敏度大為提高。立元件霍爾傳感器相比，靈敏度大為提高。 8.2.3 差動霍爾電路差動霍爾電路(雙霍爾電路雙霍爾電路) 它的霍爾電壓發(fā)生器由一對相距它的霍爾電壓發(fā)生器由一對相距2.5mm的霍爾元件組成，其功能框圖見圖的霍爾元件組成，其功能框圖

25、見圖8.2.4。 圖圖8.2.4 差動霍爾電路的工作原理圖差動霍爾電路的工作原理圖 使用時在電路背面放置一塊永久磁體，當用鐵磁材料制成的齒輪從電路附近轉(zhuǎn)過時，使用時在電路背面放置一塊永久磁體，當用鐵磁材料制成的齒輪從電路附近轉(zhuǎn)過時，一對霍爾片上產(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。用這一對霍爾片上產(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。用這種電路制成的汽車齒輪傳感器具有極優(yōu)的性能。除上述各種霍爾元件外，目前還出現(xiàn)了種電路制成的汽車齒輪傳感器具有極優(yōu)的性能。除上述各種霍爾元件外，目前還出現(xiàn)了許多特殊功能的霍爾電路，如功率霍爾電路，多重雙線霍爾傳感器電路，

26、二維、三維霍許多特殊功能的霍爾電路，如功率霍爾電路，多重雙線霍爾傳感器電路，二維、三維霍爾集成電路等等。爾集成電路等等。 8.3 霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用8.3.1 一般應(yīng)用一般應(yīng)用 8.3.1.1 測量磁場測量磁場 使用霍爾器件檢測磁場的方法極為簡單，將霍爾器件做成各種形式的探頭，放在被測使用霍爾器件檢測磁場的方法極為簡單，將霍爾器件做成各種形式的探頭，放在被測磁場中，因霍爾器件只對垂直于霍爾片表面的磁感應(yīng)強度敏感，因而必須令磁力線和器磁場中，因霍爾器件只對垂直于霍爾片表面的磁感應(yīng)強度敏感，因而必須令磁力線和器件表面垂直，通電后即可由輸出電壓得到被測磁場的磁感應(yīng)強度。若不垂直，則應(yīng)求

27、出件表面垂直，通電后即可由輸出電壓得到被測磁場的磁感應(yīng)強度。若不垂直，則應(yīng)求出其垂直分量來計算被測磁場的磁感應(yīng)強度值。而且，因霍爾元件的尺寸極小，可以進行其垂直分量來計算被測磁場的磁感應(yīng)強度值。而且，因霍爾元件的尺寸極小，可以進行多點檢測，由計算機進行數(shù)據(jù)處理，可以得到場的分布狀態(tài)，并可對狹縫，小孔中的磁多點檢測，由計算機進行數(shù)據(jù)處理，可以得到場的分布狀態(tài)，并可對狹縫，小孔中的磁場進行檢測。場進行檢測。 8.3.1.2 工作磁體的設(shè)置工作磁體的設(shè)置 用磁場作為被傳感物體的運動和位置信息載體時，一般采用永久磁鋼來產(chǎn)生工作磁場。用磁場作為被傳感物體的運動和位置信息載體時，一般采用永久磁鋼來產(chǎn)生工作

28、磁場。例如，用一個例如，用一個542.5mm3的釹鐵硼的釹鐵硼號磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約號磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約2300高斯的磁感應(yīng)強度。在空氣隙中，磁感應(yīng)強度會隨距離增加而迅速下降。為保證高斯的磁感應(yīng)強度。在空氣隙中，磁感應(yīng)強度會隨距離增加而迅速下降。為保證霍爾器件，尤其是霍爾開關(guān)器件的可靠工作，在應(yīng)用中要考慮有效工作氣隙的長度。在霍爾器件，尤其是霍爾開關(guān)器件的可靠工作，在應(yīng)用中要考慮有效工作氣隙的長度。在計算總有效工作氣隙時，應(yīng)從霍爾片表面算起。在封裝好的霍爾電路中，霍爾片的深度計算總有效工作氣隙時，應(yīng)從霍爾片表面算起。在封裝好的霍爾電路中，霍爾片的深度在產(chǎn)品手冊中會給出

29、。在產(chǎn)品手冊中會給出。 因為霍爾器件需要工作電源，在作運動或位置傳感時，一般令磁體隨被檢測物體運動，因為霍爾器件需要工作電源，在作運動或位置傳感時，一般令磁體隨被檢測物體運動，將霍爾器件固定在工作系統(tǒng)的適當位置，用它去檢測工作磁場，再從檢測結(jié)果中提取被將霍爾器件固定在工作系統(tǒng)的適當位置，用它去檢測工作磁場，再從檢測結(jié)果中提取被檢信息。檢信息。 工作磁體和霍爾器件間的運動方式有：工作磁體和霍爾器件間的運動方式有：(a)對移；對移；(b)側(cè)移；側(cè)移；(c)旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)；(d)遮斷。如圖遮斷。如圖8.3.1所示，圖中的所示，圖中的TEAG即為總有效工作氣隙。即為總有效工作氣隙。 圖圖8.3.1 8.3

30、.1 霍爾器件和工作磁體間的運動方式霍爾器件和工作磁體間的運動方式 圖圖8.3.2 8.3.2 在霍爾器件背面放置磁體在霍爾器件背面放置磁體 在遮斷方式中，工作磁體和霍爾器件以適當?shù)拈g隙相對固定，用一軟磁例如軟鐵翼片作為運動工作部件，當翼片進入間隙時，作用到霍爾器件上的磁力線被部分或全部遮斷，以此來調(diào)節(jié)工作磁場。被傳感的運動信息加在翼片上。這種方法的檢測精度很高，在125的溫度范圍內(nèi)，翼片的位置重復(fù)精度可達50m。也可將工作磁體固定在霍爾器件背面外殼上沒打標志的一面），讓被檢的鐵磁物體例如鋼齒輪從它們近旁通過，檢測出物體上的特殊標志如齒、凸緣、缺口等），得出物體的運動參數(shù)。8.3.1.3 與外

31、電路的接口 霍爾開關(guān)電路的輸出級一般是一個集電極開路的NPN晶體管，其使用規(guī)則和任何一種相似的NPN開關(guān)管相同。輸出管截止時，輸漏電流很小，一般只有幾nA，可以忽略，輸出電壓和其電源電壓相近，但電源電壓最高不得超過輸出管的擊穿電壓即規(guī)范表中規(guī)定的極限電 壓）。輸出管導(dǎo)通時，它的輸出端和線路的公共端短路。因此，必須外接一個電阻器即壓）。輸出管導(dǎo)通時，它的輸出端和線路的公共端短路。因此，必須外接一個電阻器即負載電阻器來限制流過管子的電流，使它不超過最大允許值一般為負載電阻器來限制流過管子的電流，使它不超過最大允許值一般為20mA），以免損），以免損壞輸出管。輸出電流較大時，管子的飽和壓降也會隨之增

32、大，使用者應(yīng)當特別注意，僅這壞輸出管。輸出電流較大時，管子的飽和壓降也會隨之增大，使用者應(yīng)當特別注意，僅這個電壓和你要控制的電路的截止電壓或邏輯個電壓和你要控制的電路的截止電壓或邏輯“零零”）是兼容的。）是兼容的。 以與發(fā)光二極管的接口為例，對負載電阻器的選擇作一估計。若在以與發(fā)光二極管的接口為例，對負載電阻器的選擇作一估計。若在Io為為20mA霍爾電霍爾電路輸出管允許吸入的最大電流），發(fā)光二極管的正向壓降路輸出管允許吸入的最大電流），發(fā)光二極管的正向壓降VLED=1.4V，當電源電壓，當電源電壓VCC=12V時，所需的負載電阻器的阻值時，所需的負載電阻器的阻值 R=(VCC.VLED)/IO

33、=(12V.1.4V)/0.01A=530 （8-18） 和這個阻值最接近的標準電阻為和這個阻值最接近的標準電阻為560，因此，可取，因此，可取560的電阻器作為負載電阻器。的電阻器作為負載電阻器。 用圖用圖8.3.3表示簡化了的霍爾開關(guān)電路，圖表示簡化了的霍爾開關(guān)電路，圖8.3.4表示與各種電路的接口：（表示與各種電路的接口：（a與與TTL電電路；路；(b)與與CMOS電路；電路；(c)與與LED；(d)與晶閘管。與晶閘管。 圖圖8.3.3 簡化的霍爾開關(guān)示意圖簡化的霍爾開關(guān)示意圖 圖圖8.3.4 8.3.4 霍爾開關(guān)與電路接口舉例霍爾開關(guān)與電路接口舉例 與這些電路接口時所需的負載電阻器阻值

34、的估算方法，和式與這些電路接口時所需的負載電阻器阻值的估算方法，和式8-18的方法相同。的方法相同。 若受控的電路所需的電流大于若受控的電路所需的電流大于20mA，可在霍爾開關(guān)電路與被控電路間接入電流放大器。，可在霍爾開關(guān)電路與被控電路間接入電流放大器。 霍爾器件的開關(guān)所需的電流大于霍爾器件的開關(guān)所需的電流大于20mA，可在霍爾開關(guān)電路與被電路間接入電流放大器。，可在霍爾開關(guān)電路與被電路間接入電流放大器。 霍爾器件的開關(guān)作用非常迅速，典型的上升時間和下降時間在霍爾器件的開關(guān)作用非常迅速，典型的上升時間和下降時間在400nS范圍內(nèi)，優(yōu)于任何機范圍內(nèi)，優(yōu)于任何機械開關(guān)。械開關(guān)。 8.3.2 應(yīng)用實

35、例應(yīng)用實例 下面我們將舉出一些應(yīng)用實例。這些例子僅是該類應(yīng)用中的一種，用同樣的原理和方法，下面我們將舉出一些應(yīng)用實例。這些例子僅是該類應(yīng)用中的一種，用同樣的原理和方法，讀者可根據(jù)自己的使用需要，設(shè)計出自己的應(yīng)用裝置。讀者可根據(jù)自己的使用需要，設(shè)計出自己的應(yīng)用裝置。 8.3.2.1 8.3.2.1 檢測磁場檢測磁場 用霍爾線性器件作探頭，丈量用霍爾線性器件作探頭，丈量.6T.6T10T10T的交變和恒定磁場，已有許多商品儀器。這里，的交變和恒定磁場，已有許多商品儀器。這里，僅介紹一種用經(jīng)過校準的僅介紹一種用經(jīng)過校準的UGN3503UGN3503或或A3515A3515型霍爾線性電路來檢測磁場的磁

36、感應(yīng)強度的簡便型霍爾線性電路來檢測磁場的磁感應(yīng)強度的簡便方法。電路出廠時，工廠可提供每塊電路的校準曲線和靈敏度系數(shù)。測量時，將電路第一方法。電路出廠時，工廠可提供每塊電路的校準曲線和靈敏度系數(shù)。測量時，將電路第一腳面對標志面從左到右數(shù)接電源，第二腳接地，第三腳接高輸入阻抗（腳面對標志面從左到右數(shù)接電源，第二腳接地，第三腳接高輸入阻抗（10k10k電壓電壓表，通電后，將電路放入被測磁場中，讓磁力線垂直于電路表面，讀出電壓表的數(shù)值，即表，通電后，將電路放入被測磁場中，讓磁力線垂直于電路表面，讀出電壓表的數(shù)值，即可從校準曲線上查得相應(yīng)的磁感應(yīng)強度值。使用前，將器件通電一分鐘，使之達到穩(wěn)定?？蓮男是?/p>

37、線上查得相應(yīng)的磁感應(yīng)強度值。使用前，將器件通電一分鐘，使之達到穩(wěn)定。 用靈敏度系數(shù)計算被測磁場的用靈敏度系數(shù)計算被測磁場的B B值時，可用值時，可用 B=Vout(B).Vout(o)1000/S B=Vout(B).Vout(o)1000/S 式中，式中，Vout(B)=Vout(B)=加上被測磁場時的電壓讀數(shù)，單位為加上被測磁場時的電壓讀數(shù)，單位為V V，Vout(o)=Vout(o)=未加被測磁場時的電壓讀未加被測磁場時的電壓讀數(shù)，單位為數(shù)，單位為V V，S=S=靈敏度系數(shù)，單位為靈敏度系數(shù)，單位為mV/G(mV/G(高斯高斯) )，B=B=被測磁場的磁感應(yīng)強度，單位為被測磁場的磁感應(yīng)強

38、度，單位為G G。8.3.2.2 8.3.2.2 檢測鐵磁物體檢測鐵磁物體 在霍爾線性電路背面偏置一個永磁體，如圖在霍爾線性電路背面偏置一個永磁體，如圖8.3.58.3.5所示。圖所示。圖8.3.58.3.5a a表示檢測鐵磁物體表示檢測鐵磁物體的缺口，圖的缺口，圖8.3.58.3.5b b表示檢測齒輪的齒。它們的電路接法見圖表示檢測齒輪的齒。它們的電路接法見圖8.3.68.3.6，(a)(a)為檢測齒輪，為檢測齒輪，(b)(b)為檢測缺口。用這種方法可以檢測齒輪的轉(zhuǎn)速。為檢測缺口。用這種方法可以檢測齒輪的轉(zhuǎn)速。 圖圖8.3.5 8.3.5 用霍爾線性電路檢測鐵磁物體用霍爾線性電路檢測鐵磁物體

39、 圖圖8.3.6 8.3.6 用霍爾線性電路檢測齒口的線路用霍爾線性電路檢測齒口的線路 8.3.2.3 8.3.2.3 用在直流無刷電機中用在直流無刷電機中 直流無刷電機使用永磁轉(zhuǎn)子，在定子的適當位置放置所需數(shù)量的霍爾器件，它們的輸直流無刷電機使用永磁轉(zhuǎn)子，在定子的適當位置放置所需數(shù)量的霍爾器件，它們的輸出和相應(yīng)的定子繞組的供電電路相連。當轉(zhuǎn)子經(jīng)過霍爾器件附近時，永磁轉(zhuǎn)子的磁場令已出和相應(yīng)的定子繞組的供電電路相連。當轉(zhuǎn)子經(jīng)過霍爾器件附近時，永磁轉(zhuǎn)子的磁場令已通電的霍爾器件輸出一個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)生和通電的霍爾器件輸出一個電壓使定子繞組供電電路導(dǎo)通，給相應(yīng)的定

40、子繞組供電，產(chǎn)生和轉(zhuǎn)子磁場極性相同的磁場，推斥轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。到下一位置，前一位置的霍爾器件停止工轉(zhuǎn)子磁場極性相同的磁場，推斥轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。到下一位置，前一位置的霍爾器件停止工作，下位的霍爾器件導(dǎo)通，使下一繞組通電，產(chǎn)生推斥場使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。如此循環(huán)，維作，下位的霍爾器件導(dǎo)通，使下一繞組通電，產(chǎn)生推斥場使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。如此循環(huán)，維持電機的工作。其工作原理示于圖持電機的工作。其工作原理示于圖8.3.78.3.7。 在這里，霍爾器件起位置傳感器的作用，檢測轉(zhuǎn)子磁極的位置，它的輸出使定子繞組供電在這里，霍爾器件起位置傳感器的作用，檢測轉(zhuǎn)子磁極的位置，它的輸出使定子繞組供電電路通斷，又起開關(guān)作用，當轉(zhuǎn)子

41、磁極離去時，令上一個霍爾器件停止工作，下一個器件電路通斷，又起開關(guān)作用，當轉(zhuǎn)子磁極離去時，令上一個霍爾器件停止工作，下一個器件開始工作，使轉(zhuǎn)子磁極總是面對推斥磁場，開始工作，使轉(zhuǎn)子磁極總是面對推斥磁場，霍爾器件，既可使用霍爾元件，也可使霍爾器件，既可使用霍爾元件，也可使用霍爾開關(guān)電路。使用霍爾元件時，一用霍爾開關(guān)電路。使用霍爾元件時，一般要外接放大電路，如圖般要外接放大電路，如圖8.3.88.3.8所示，使所示，使用霍爾霍爾器件又起定子電流的換向作用霍爾霍爾器件又起定子電流的換向作用。用。 無刷電機中的開關(guān)電路，可直接驅(qū)無刷電機中的開關(guān)電路，可直接驅(qū)動電機繞組，使線路大為簡化，如圖動電機繞組，

42、使線路大為簡化，如圖8.3.98.3.9所示。所示。 圖圖8.3.7 8.3.7 霍爾元件在無刷電機中的工作霍爾元件在無刷電機中的工作圖圖8.3.8 8.3.8 采用霍爾元件的電機驅(qū)動電路采用霍爾元件的電機驅(qū)動電路 圖圖8.3.9 8.3.9 用用CS2018CS2018直接驅(qū)動電機的線路示意圖直接驅(qū)動電機的線路示意圖 8.3.2.4 8.3.2.4 無損探傷無損探傷 霍爾無損探傷已在炮膛探傷、管道探傷，海用纜繩探傷，船體探傷以及材料檢驗等方面得到霍爾無損探傷已在炮膛探傷、管道探傷，海用纜繩探傷，船體探傷以及材料檢驗等方面得到廣泛應(yīng)用。廣泛應(yīng)用。鐵磁材料受到磁場激勵時，因其導(dǎo)磁率高，磁阻小，磁

43、力線都集中在材料內(nèi)部。若材料均勻，鐵磁材料受到磁場激勵時，因其導(dǎo)磁率高，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，如小孔、裂紋等，在缺陷處，磁力線會發(fā)生彎曲，磁力線分布也均勻。如果材料中有缺陷，如小孔、裂紋等，在缺陷處，磁力線會發(fā)生彎曲，使局部磁場發(fā)生畸變。用霍爾探頭檢出這種畸變，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，可辨別出缺陷的位置，性使局部磁場發(fā)生畸變。用霍爾探頭檢出這種畸變，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，可辨別出缺陷的位置，性質(zhì)孔或裂紋和大小如深度、寬度等），圖質(zhì)孔或裂紋和大小如深度、寬度等），圖8.3.108.3.10示出兩種用于無損探傷的探頭結(jié)構(gòu)。示出兩種用于無損探傷的探頭結(jié)構(gòu)。(b

44、)(b)檢測線材用檢測線材用 (a)(a)無損探傷的探頭結(jié)構(gòu)無損探傷的探頭結(jié)構(gòu) (b)(b)檢測板材用檢測板材用 圖圖8.3.10 8.3.10 用于無損探傷的兩種霍爾探頭用于無損探傷的兩種霍爾探頭 8.3.2.5 8.3.2.5 霍爾接近傳感器和接近開關(guān)霍爾接近傳感器和接近開關(guān) 在霍爾器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殼體內(nèi)，做成一在霍爾器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殼體內(nèi)，做成一個探頭，將霍爾器件的輸入引線和處理電路的輸出引線用電纜連接起來，構(gòu)成如圖個探頭，將霍爾器件的輸入引線和處理電路的輸出引線用電纜連接起來，構(gòu)成如圖8.3.118.3

45、.11所所示的接近傳感器。它們的功能框見圖示的接近傳感器。它們的功能框見圖8.3.128.3.12。(a)(a)為霍爾線性接近傳感器，為霍爾線性接近傳感器，(b)(b)為霍爾接近開為霍爾接近開關(guān)。關(guān)。 圖圖8.3.11 8.3.11 霍爾接近傳感器的外形圖霍爾接近傳感器的外形圖 (a)(a)霍爾線性接近傳感器霍爾線性接近傳感器 (b)(b)霍爾接近開關(guān)霍爾接近開關(guān) 圖圖8.3.12 8.3.12 霍爾接近傳感器的功能框圖霍爾接近傳感器的功能框圖霍爾線性接近傳感器主要用于黑色金屬的自控計數(shù)，黑色金屬的厚度檢測、距離檢測、霍爾線性接近傳感器主要用于黑色金屬的自控計數(shù)，黑色金屬的厚度檢測、距離檢測、

46、齒輪數(shù)齒、轉(zhuǎn)速檢測、測速調(diào)速、缺口傳感、張力檢測、棉條均勻檢測、電磁量檢測、齒輪數(shù)齒、轉(zhuǎn)速檢測、測速調(diào)速、缺口傳感、張力檢測、棉條均勻檢測、電磁量檢測、角度檢測等。角度檢測等。 霍爾接近開關(guān)主要用于各種自動控制裝置，完成所需的位置控制，加工尺寸控制、自動霍爾接近開關(guān)主要用于各種自動控制裝置，完成所需的位置控制，加工尺寸控制、自動計數(shù)、各種計數(shù)、各種流程的自動銜接、液位控制、轉(zhuǎn)速檢測等等。計數(shù)、各種計數(shù)、各種流程的自動銜接、液位控制、轉(zhuǎn)速檢測等等。8.3.2.6 8.3.2.6 霍爾齒輪傳感器霍爾齒輪傳感器 用用8.2.38.2.3中介紹的差動霍爾電路制成的霍爾齒輪傳感器，如圖中介紹的差動霍爾電

47、路制成的霍爾齒輪傳感器，如圖8.3.138.3.13所示所示, ,新一代的霍爾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)動機，作為點火定時用的速度傳感器，用齒輪轉(zhuǎn)速傳感器，廣泛用于新一代的汽車智能發(fā)動機，作為點火定時用的速度傳感器，用于于ABSABS汽車防抱死制動系統(tǒng)作為車速傳感器等。汽車防抱死制動系統(tǒng)作為車速傳感器等。 在在ABSABS中，速度傳感器是十分重要的部件。中，速度傳感器是十分重要的部件。ABSABS的工作原理示意圖如圖的工作原理示意圖如圖8.3.148.3.14所示。圖中，所示。圖中，1 1是車速齒輪傳感器；是車速齒輪傳感器；2 2是壓力調(diào)節(jié)器；是壓力調(diào)節(jié)器；3 3是

48、控制器。在制動過程中，控制器是控制器。在制動過程中，控制器3 3不斷接收來自不斷接收來自車速齒輪傳感器車速齒輪傳感器1 1和車輪轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的脈沖信號并進行處理，得到車輛的滑移率和減速信和車輪轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的脈沖信號并進行處理，得到車輛的滑移率和減速信號，按其控制邏輯及時準確地向制動壓力調(diào)節(jié)器號，按其控制邏輯及時準確地向制動壓力調(diào)節(jié)器2 2發(fā)出指令，調(diào)節(jié)器及時準確地作出響應(yīng)，發(fā)出指令，調(diào)節(jié)器及時準確地作出響應(yīng)，使制動氣室執(zhí)行充氣、保持或放氣指令，調(diào)節(jié)制動器的制動壓力，以防止車輪抱死，達到使制動氣室執(zhí)行充氣、保持或放氣指令，調(diào)節(jié)制動器的制動壓力，以防止車輪抱死，達到抗側(cè)滑、甩尾，提高制動安全及制動過程

49、中的可駕馭性。在這個系統(tǒng)中，霍爾傳感器作為抗側(cè)滑、甩尾，提高制動安全及制動過程中的可駕馭性。在這個系統(tǒng)中，霍爾傳感器作為車輪轉(zhuǎn)速傳感器，是制動過程中的實時速度采集器，是車輪轉(zhuǎn)速傳感器，是制動過程中的實時速度采集器，是ABSABS中的關(guān)鍵部件之一。中的關(guān)鍵部件之一。 在汽車的新一代智能發(fā)動機中，用霍爾齒輪傳感器來檢測曲軸位置和活塞在汽缸中的運在汽車的新一代智能發(fā)動機中，用霍爾齒輪傳感器來檢測曲軸位置和活塞在汽缸中的運動速度，以提供更準確的點火時間，其作用是別的速度傳感器難以代替的，它具有如下許動速度，以提供更準確的點火時間，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。多新的優(yōu)點。

50、（1 1相位精度高，可滿足相位精度高，可滿足0.40.4曲軸角的要求，不需采用相位補償。曲軸角的要求，不需采用相位補償。 （2 2可滿足可滿足0.050.05度曲軸角的熄火檢測要求。度曲軸角的熄火檢測要求。 （3 3輸出為矩形波，幅度與車輛轉(zhuǎn)速無關(guān)。在電子控制單元中作進一步的傳感器信號調(diào)輸出為矩形波，幅度與車輛轉(zhuǎn)速無關(guān)。在電子控制單元中作進一步的傳感器信號調(diào)整時，會降低成本。用齒輪傳感器，除可檢測轉(zhuǎn)速外，還可測出角度、角速度、流量、流整時，會降低成本。用齒輪傳感器，除可檢測轉(zhuǎn)速外，還可測出角度、角速度、流量、流速、旋轉(zhuǎn)方向等等。速、旋轉(zhuǎn)方向等等。 圖圖8.3.13 8.3.13 霍爾速度傳感器

51、的內(nèi)部結(jié)構(gòu)霍爾速度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1.1.車輪速度傳感器車輪速度傳感器2.2.壓力調(diào)節(jié)器壓力調(diào)節(jié)器3.3.電子控制器電子控制器圖圖8.3.14 ABS8.3.14 ABS氣制動系統(tǒng)的工作原理示意氣制動系統(tǒng)的工作原理示意圖圖 8.3.2.7 8.3.2.7 旋轉(zhuǎn)傳感器旋轉(zhuǎn)傳感器 按圖按圖8.3.158.3.15所示的各種方法設(shè)置磁體，將它們和霍爾開關(guān)電路組合起來可以構(gòu)成各種旋所示的各種方法設(shè)置磁體，將它們和霍爾開關(guān)電路組合起來可以構(gòu)成各種旋轉(zhuǎn)傳感器。霍爾電路通電后，磁體每經(jīng)過霍爾電路一次，便輸出一個電壓脈沖。轉(zhuǎn)傳感器?；魻栯娐吠姾?，磁體每經(jīng)過霍爾電路一次，便輸出一個電壓脈沖。 (a)(a)徑

52、向磁極徑向磁極 (b)(b)軸向磁極軸向磁極 (c)(c)遮斷式遮斷式 圖圖8.3.15 8.3.15 旋轉(zhuǎn)傳感器磁體設(shè)置旋轉(zhuǎn)傳感器磁體設(shè)置 由此，可對轉(zhuǎn)動物體實施轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速、角度、角速度等物理量的檢測。在轉(zhuǎn)軸上固定一由此，可對轉(zhuǎn)動物體實施轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速、角度、角速度等物理量的檢測。在轉(zhuǎn)軸上固定一個葉輪和磁體，用流體氣體、液體去推動葉輪轉(zhuǎn)動，便可構(gòu)成流速、流量傳感器。個葉輪和磁體，用流體氣體、液體去推動葉輪轉(zhuǎn)動，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)電路，可制成車速表，里程在車輪轉(zhuǎn)軸上裝上磁體，在靠近磁體的位置上裝上霍爾開關(guān)電路，可制成車速表，里程表等等，這

53、些應(yīng)用的實例如圖表等等，這些應(yīng)用的實例如圖8.3.168.3.16所示。所示。 圖圖8.3.168.3.16的殼體內(nèi)裝有一個帶磁體的葉輪，磁體旁裝有霍爾開關(guān)電路，被測流體從的殼體內(nèi)裝有一個帶磁體的葉輪，磁體旁裝有霍爾開關(guān)電路，被測流體從管道一端通入，推動葉輪帶動與之相連的磁體轉(zhuǎn)動，經(jīng)過霍爾器件時，電路輸出脈沖電管道一端通入，推動葉輪帶動與之相連的磁體轉(zhuǎn)動，經(jīng)過霍爾器件時，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。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?；魻栯娐酚呻娎|來供電和輸出?；魻栯娐酚呻娎|來供電和輸出。

54、圖圖8.3.16 霍爾流量計霍爾流量計 圖圖8.3.16 霍爾車速表的框圖霍爾車速表的框圖 由圖由圖8.3.178.3.17可見，經(jīng)過簡單的信號轉(zhuǎn)換，便可得到數(shù)字顯示的車速?？梢?，經(jīng)過簡單的信號轉(zhuǎn)換，便可得到數(shù)字顯示的車速。 利用鎖定型霍爾電路，不僅可檢測轉(zhuǎn)速，還可辨別旋轉(zhuǎn)方向，如圖利用鎖定型霍爾電路，不僅可檢測轉(zhuǎn)速，還可辨別旋轉(zhuǎn)方向，如圖8.3.188.3.18所示。所示。 曲線曲線1 1對應(yīng)對應(yīng)結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖a a）, ,曲線曲線2 2對應(yīng)結(jié)構(gòu)圖對應(yīng)結(jié)構(gòu)圖(b)(b)，曲線，曲線3 3對應(yīng)結(jié)構(gòu)圖對應(yīng)結(jié)構(gòu)圖(c)(c)。 圖圖8.3.18 利用霍爾開關(guān)鎖定器進行方向和轉(zhuǎn)速測定利用霍爾開關(guān)鎖定器

55、進行方向和轉(zhuǎn)速測定8.3.2.8 霍爾位移傳感器霍爾位移傳感器 若令霍爾元件的工作電流保持不變，而使其在一個均勻梯度磁場中移動，它輸出的霍爾電壓若令霍爾元件的工作電流保持不變，而使其在一個均勻梯度磁場中移動，它輸出的霍爾電壓VH值只值只由它在該磁場中的位移量由它在該磁場中的位移量Z來決定。圖來決定。圖8.3.19示出示出3種產(chǎn)生梯度磁場的磁系統(tǒng)及其與霍爾器件組成的位移種產(chǎn)生梯度磁場的磁系統(tǒng)及其與霍爾器件組成的位移傳感器的輸出特性曲線，將它們固定在被測系統(tǒng)上，可構(gòu)成霍爾微位移傳感器。從曲線可見，構(gòu)造傳感器的輸出特性曲線，將它們固定在被測系統(tǒng)上，可構(gòu)成霍爾微位移傳感器。從曲線可見，構(gòu)造b在在Z2m

56、m時，時，VH與與Z有良好的線性關(guān)系，且分辨力可達有良好的線性關(guān)系，且分辨力可達1m，構(gòu)造，構(gòu)造C的靈敏度高，但工作距離較小。的靈敏度高，但工作距離較小。 用霍爾元件測量位移的優(yōu)點很多：慣性小、頻響快、工作可靠、壽命長。用霍爾元件測量位移的優(yōu)點很多：慣性小、頻響快、工作可靠、壽命長。 以微位移檢測為基礎(chǔ)，可以構(gòu)成壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、機械振動、加速度、分量、稱重等霍爾傳感器。以微位移檢測為基礎(chǔ)，可以構(gòu)成壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、機械振動、加速度、分量、稱重等霍爾傳感器。 1) 霍爾壓力傳感器 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8.3.20所示。在圖8.3.20中，（a的彈性元件為膜

57、盒，(b)為彈簧片，(c)為波紋管。磁系統(tǒng)最好用能構(gòu)成均勻梯度磁場的復(fù)合系統(tǒng)，如圖8.3.20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)生相對位移，改變作用到霍爾元件上的磁場，從而改變它的輸出電壓VH。由事先校準的pf(VH)曲線即可得到被測壓力p的值。圖圖8.3.20 幾種霍爾壓力傳感器的構(gòu)成原理幾種霍爾壓力傳感器的構(gòu)成原理 2) 霍爾應(yīng)力檢測裝置霍爾應(yīng)力檢測裝置 圖圖8.3.21示出用來進行土壤和砂子與鋼界面上的法向和切向應(yīng)力檢測的霍爾傳感器裝置。示出用來進行土壤和砂子與鋼界面上的法向和切向應(yīng)力檢測的霍爾傳感器裝置。(a)檢測向檢測向切應(yīng)力，切應(yīng)力，(

58、b)檢測壓應(yīng)力。箭頭所指是施加的外力方向。在圖檢測壓應(yīng)力。箭頭所指是施加的外力方向。在圖8.3.21 (a)中，儀器上用鋼作成上下兩個塊中，儀器上用鋼作成上下兩個塊子，它們之間有兩條較細的梁支撐，在鋼下塊上置一銷柱，銷上貼兩對永磁體，形成均勻梯度磁場，子，它們之間有兩條較細的梁支撐，在鋼下塊上置一銷柱，銷上貼兩對永磁體，形成均勻梯度磁場，在上塊上貼兩個霍爾傳感器，受剪切力作用后，支撐梁發(fā)生形變，使霍爾傳感器和磁場間發(fā)生位移，在上塊上貼兩個霍爾傳感器，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的曲線上查得與該裝置相接的砂或土

59、受到使傳感器輸出發(fā)生變化。由霍爾傳感器的輸出可從事先校準的曲線上查得與該裝置相接的砂或土受到的剪切應(yīng)力。的剪切應(yīng)力。 圖圖 8.3.21 霍爾應(yīng)力檢測裝置霍爾應(yīng)力檢測裝置圖圖8.3.21 (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。檢測原理同上。應(yīng)用檢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。檢測原理同上。應(yīng)用檢測壓應(yīng)力的原理，可構(gòu)成檢測重量的裝置，稱作霍爾稱重傳感器。測壓應(yīng)力的原理，可構(gòu)成檢測重量的裝置，稱作霍爾稱重傳感器。 3) 霍爾加速度傳感器霍爾加速度傳感器 圖圖8.3.22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。在盒體的示出霍爾加速度傳感

60、器的結(jié)構(gòu)原理和靜態(tài)特性曲線。在盒體的O點上固定均質(zhì)彈簧片點上固定均質(zhì)彈簧片S,片片S的的中部中部U處裝一慣性塊處裝一慣性塊M，片，片S的末端的末端b處固定測量位移的霍爾元件處固定測量位移的霍爾元件H，H的上下方裝上一對永磁體，它們同的上下方裝上一對永磁體，它們同極性相對安裝。盒體固定在被測對象上，當它們與被測對象一起作垂直向上的加速運動時，慣性塊在慣極性相對安裝。盒體固定在被測對象上，當它們與被測對象一起作垂直向上的加速運動時，慣性塊在慣性力的作用下使霍爾元件性力的作用下使霍爾元件H產(chǎn)生一個相對盒體的位移，產(chǎn)生霍爾電壓產(chǎn)生一個相對盒體的位移，產(chǎn)生霍爾電壓VH的變化。可從的變化?？蓮腣H與加速度