傳感器檢測技術(shù)磁敏傳感器.ppt

1、KH霍爾器件的產(chǎn)品靈敏度與材料的物理特性和幾何尺寸有關(guān)，它表示單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流的霍爾電勢。如果磁感應(yīng)B的方向和電流方向之間的角度是0，霍爾電勢應(yīng)該是：UH KH I B，H KH I B sin。注意：當(dāng)控制電流或磁場的方向改變時，輸出霍爾電勢的方向也改變。然而，當(dāng)磁場和電流同時改變方向時，霍爾電勢不改變方向。80、60、40、20、0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、VH/(MV)、這可歸因于霍爾系數(shù)與電阻率(或電導(dǎo)率)和溫度之間的關(guān)系?；魻柌牧系臏囟忍匦?一)相對濕度與溫度的關(guān)系；與溫度、相對濕度/cm2/a的關(guān)系-1，250，200，150，100，50，40，80，

2、120，160，200。200，150，100，50，LNSB，t/，0，恒定頻率特性磁場：向傳感器施加交流電。交流輸出的頻率特性在10k赫茲時非常好?；魻柶骷捎糜谖⒉ǚ秶漭敵霾皇茴l率影響。磁場交替：霍爾電位不僅與頻率有關(guān)，還與器件的電導(dǎo)率、周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率、磁路參數(shù)(尤其是氣隙寬度)等有關(guān)。這是因?yàn)闇u流在交變磁場的作用下在元件中產(chǎn)生。在交變磁場下，當(dāng)頻率為幾十千赫時，頻率對器件輸出的影響可以忽略不計(jì)。即使在幾MHz時，如果氣隙寬度可以仔細(xì)設(shè)計(jì)，并且選擇合適的元件和磁性材料，該器件仍然可以具有良好的頻率特性?；魻杺鞲衅鞯膽?yīng)用，霍爾電勢與磁場強(qiáng)度B和控制電流I的乘積成正比。在實(shí)踐中，I或B

3、可以作為輸入信號，或者兩者都可以同時作為輸入信號。霍爾傳感器根據(jù)其輸出特性分為線性輸出型和開關(guān)輸出型。1)線性輸出集成霍爾元件和放大電路。輸出電壓與通過的磁場強(qiáng)度成線性比例。用于磁場檢測和其他場合。單端輸出：傳感器的輸出電壓可以對外加磁場的微小變化作出線性響應(yīng)。通常，輸出電壓通過電容連接到外部放大器，將輸出電壓放大到更高的電平。雙端輸出：傳感器是一個8引腳雙列直插式封裝，可以提供差分輸出。測量磁場的大小和方向。原理：霍爾效應(yīng)與集成電路技術(shù)相結(jié)合。它可以感知與磁信息相關(guān)的物理量，并以開關(guān)信號的形式輸出。特點(diǎn)：霍爾開關(guān)集成傳感器使用壽命長，無接觸磨損，無火花干擾，無開關(guān)抖動，工作頻率高，溫度特性好

4、，能適應(yīng)惡劣環(huán)境。2)霍爾開關(guān)集成傳感器，由穩(wěn)壓電路、霍爾元件、放大器、整形電路和開路輸出組成。穩(wěn)壓電路可以使傳感器在較寬的電源電壓范圍內(nèi)工作；開路輸出使傳感器能夠方便地與各種邏輯電路接口。霍爾開關(guān)集成傳感器的工作特性曲線可以從工作特性曲線看出，工作特性具有一定的磁滯回線，圖中的BOP為工作點(diǎn)“開”時的磁感應(yīng)強(qiáng)度，BRP為釋放點(diǎn)“關(guān)”時的磁感應(yīng)強(qiáng)度。vout (v)、12、開、關(guān)、BRP、防噴器、BH、b、0，外加磁場與傳感器輸出電平之間的關(guān)系。當(dāng)施加的磁感應(yīng)強(qiáng)度高于防噴器時，輸出水平從高變低，傳感器開啟。當(dāng)施加的磁感應(yīng)強(qiáng)度低于BRP時，輸出電平從低變高，傳感器處于關(guān)閉狀態(tài)。霍爾傳感器的優(yōu)點(diǎn)是

5、：(1)體積小，結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長。(2)無運(yùn)動部件，無磨損，無摩擦熱，噪音小。(3)該裝置性能穩(wěn)定，可靠性高。(4)頻率范圍寬，可從DC應(yīng)用到微波。(5)霍爾器件載體慣性小，動態(tài)特性好。缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)換效率低，受溫度影響很大。隨著新材料和新工藝的不斷出現(xiàn)，這些缺點(diǎn)正在逐漸被克服。2.一種磁阻隨磁場變化而變化的敏感元件，又稱磁阻元件，其理論基礎(chǔ)是磁阻效應(yīng)。磁阻效應(yīng)在通電的金屬或半導(dǎo)體材料片上施加一個垂直或平行于電流的外磁場，其電阻值會發(fā)生變化。這種現(xiàn)象稱為磁阻變化效應(yīng)，簡稱磁阻效應(yīng)。在磁場中，電流的流動路徑將因磁場的作用而變長，這將增加材料的電阻率。如果某種金屬或半導(dǎo)體材料的兩種載流子(電子和空穴

6、)的遷移率相差很大，電阻率的變化主要是由一種遷移率較高的載流子引起的，可以表示為：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度；磁感應(yīng)強(qiáng)度為0時材料的電阻率；當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為0時，材料的電阻率為0；載體的流動性。沒有柵極，電流只在電極附近偏轉(zhuǎn)，電阻增加很少。許多平行且等間距的金屬條(即短路柵)是在LW矩形磁阻材料上制造的，這相當(dāng)于許多平條磁阻串聯(lián)連接。柵極磁阻器件不僅增加了零磁場的電阻值，還提高了磁阻器件的靈敏度。，W，B，B，I，I，A，B，III。磁敏二極管和磁敏三極管磁敏二極管和磁敏三極管是繼霍爾元件和磁敏電阻之后發(fā)展起來的磁電轉(zhuǎn)換元件。優(yōu)點(diǎn)：磁靈敏度高，比霍爾元件高數(shù)百甚至數(shù)千倍；可以識別磁場的極性；體積小，電路簡

7、單，應(yīng)用廣泛；它廣泛用于檢測和控制。磁敏二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理與普通二極管不同：普通二極管的PN結(jié)長度很短，避免了基區(qū)載流子的復(fù)合。磁敏二極管的PN結(jié)很長，比載流子的擴(kuò)散長度長，由接近本征半導(dǎo)體的高阻材料制成。通常，鍺磁敏二極管由p型或n型單晶(=50厘米用于鍺本征半導(dǎo)體)制成，在其兩端具有p型和n型鍺。如果r代表本征，它的PN結(jié)實(shí)際上由pr結(jié)和Nr結(jié)組成。以2ACM1A為例，磁敏二極管的結(jié)構(gòu)為P iN型。磁敏二極管的結(jié)構(gòu)和電路符號(a)的結(jié)構(gòu)；(b)電路符號，h、h-、n、p、I、r、電流，(a)在高純鍺半導(dǎo)體的兩端用合金法制作兩個高摻雜的p型和n型區(qū)，并在本征區(qū)(I)的一側(cè)。流過二極管的電流也在變化，也就是說，二極管的等效電阻隨磁場而變化。磁敏二極管的工作原理當(dāng)磁敏二極管的P區(qū)接電源的正極，N區(qū)接電源的負(fù)極，即加正偏壓時，磁電特性：在給定條件下，磁敏二極管輸出電壓變化與外加磁場變化的關(guān)系，下圖顯示了磁敏二極管單用和互補(bǔ)使用時的磁電特性曲線。磁敏三極管的結(jié)構(gòu)和原理：NPN磁敏三極管是由發(fā)射極結(jié)、基極結(jié)和集電極結(jié)三個結(jié)組成的半導(dǎo)體元件，在本征半導(dǎo)體附近的弱P型上用合金法或擴(kuò)散