6磁电式传感器.ppt

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1、 磁电式传感器磁电式传感器 霍尔式传感器霍尔式传感器n霍尔传感器是基于霍尔传感器是基于霍尔效应霍尔效应的一种传感器。的一种传感器。n1879年美国物理学家年美国物理学家霍尔霍尔首先在首先在金属材料金属材料中发现中发现了霍尔效应了霍尔效应,但由于但由于金属材料的霍尔效应太弱金属材料的霍尔效应太弱而而没有得到应用。没有得到应用。n随着半导体技术的发展随着半导体技术的发展,开始用开始用半导体材料半导体材料制成制成霍尔元件霍尔元件,由于它的由于它的霍尔效应显著霍尔效应显著而得到应用和而得到应用和发展。发展。n霍尔传感器广泛用于霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度、电磁测量、压力、加速度、振动振动等

2、方面的测量。等方面的测量。12/18/20221半导体薄片半导体薄片 +磁场磁场B+B+电流电流I I电动势电动势EE(B,I)E(B,I)一、霍尔效应一、霍尔效应*置置于于磁磁场场中中的的静静止止载载流流导导体体,当当它它的的电电流流方方向向与与磁磁场场方方向向不不一一致致时时,载载流流导导体体上上平平行行于于电电流流和和磁磁场场方方向向上上的的两两个个面面之之间间产产生生电电动动势势,这这种种现现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。12/18/20222F FqvBvB（洛伦兹力）洛伦兹力）q q电子电荷量电子电荷量v v电子速度电子速度B B磁感应强度磁感应强

3、度F FqE EH H（电场力）电场力）F F-电场力电场力E EH H -静电场强静电场强度度 动态平衡时动态平衡时 F=F流过基片的电流称激励电流或控制电流流过基片的电流称激励电流或控制电流:I=I=n nq qv vbdbdnN型半导体载流子浓度型半导体载流子浓度bd与电流方向垂直的截面积与电流方向垂直的截面积U UH HbEbEH H U UH HbvBbvB（霍尔电势）霍尔电势）I=I=p pq qv vbdbdpP型半导体载流子浓度型半导体载流子浓度qEH qvB12/18/20223其中，其中，RH霍尔系数霍尔系数N型半导体：型半导体：P型半导体：型半导体：则则p载流子浓度单位体

4、积中的空穴数载流子浓度单位体积中的空穴数令令-灵敏度灵敏度12/18/20224二、霍尔元件二、霍尔元件*（1）当）当B恒定，恒定，UH与与I呈线性关系呈线性关系（2）当）当I恒定，恒定，UH与与B成正比成正比（3）当）当I恒定，元件在均匀梯度磁场中运动时恒定，元件在均匀梯度磁场中运动时直接测量电流直接测量电流能转换成电流的其它物理量能转换成电流的其它物理量测量交、直流磁感应强度测量交、直流磁感应强度可测量微位移，以及压力、加速度、振动等可测量微位移，以及压力、加速度、振动等（4）当）当B励磁电流励磁电流I2时，时，UHKI1I2霍尔元件做成乘法器、乘方器、开方器、除法器霍尔元件做成乘法器、乘

5、方器、开方器、除法器12/18/20225I I1BU UH H霍尔元件平方器霍尔元件平方器+I I0 B运运放放U UH HU Ui iR RL L-+-12/18/20226三、霍尔式传感器的组成三、霍尔式传感器的组成1、电路部分、电路部分霍尔元件分为霍尔元件分为线性测量线性测量和和开关状态开关状态（a）线性应用）线性应用（b）开关应用）开关应用12/18/20227为了为了增加增加输出的霍尔电压、功率输出的霍尔电压、功率（a）直流供电时）直流供电时 控制电流端并联控制电流端并联 霍尔元件串联霍尔元件串联（b）交流供电时）交流供电时 输出通过变压器耦合。输出通过变压器耦合。12/18/20

6、2282、磁路部分、磁路部分待测待测力、压力力、压力在磁场在磁场中运动中运动位移位移x xC CB BX XB=CXB=CXK KH HI IU UH H激磁电流恒定激磁电流恒定UH的大小与位移的大小与位移x成比例成比例UH的极性反映位移的方向的极性反映位移的方向速度、加速度速度、加速度12/18/20229霍尔传感器应用霍尔传感器应用*1.1.霍尔式霍尔式微位移微位移传感器传感器 霍尔元件具有结构简单、体积小、动态特性好和寿命霍尔元件具有结构简单、体积小、动态特性好和寿命长的优点长的优点,在在位移测量位移测量中得到广泛应用。中得到广泛应用。12/18/2022102.2.霍尔式转速传感器霍尔

7、式转速传感器 几种不同结构的霍尔式转速传感器。几种不同结构的霍尔式转速传感器。磁性磁性转盘的转盘的输入轴与被测转轴相连输入轴与被测转轴相连,当被测转轴转动当被测转轴转动时时,磁性转盘随之转动磁性转盘随之转动,固定在磁性转盘附近的固定在磁性转盘附近的霍尔传感器霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的相应的脉冲脉冲,检测出单位时间的检测出单位时间的脉冲数脉冲数,便可知便可知被测被测转速转速。磁性转盘上。磁性转盘上小磁铁数目小磁铁数目的多少决定了的多少决定了传感器测量传感器测量转速的分辨率转速的分辨率。霍尔传感器应用霍尔传感器应用12/18/202211输入轴输入轴转盘转盘霍尔元件霍尔元件磁铁磁铁12/18/202212输入轴输入轴转盘转盘霍尔元件霍尔元件磁铁磁铁12/18/202213输入轴输入轴转盘转盘霍尔元件霍尔元件磁铁磁铁12/18/202214输入轴输入轴转盘转盘霍尔元件霍尔元件磁铁磁铁12/18/2022153.霍尔计数装置霍尔计数装置（自学）（自学）霍尔传感器应用霍尔传感器应用12/18/202216霍尔传感器应用霍尔传感器应用12/18/202217