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  • 霍尔效应的原理知,霍尔电势的大小取决于: 式中,Rh为霍尔常数,它与半导体材质有关;IC为霍尔元件的偏置电流;B为磁场强度;d为半导体材料的厚度。
  • 霍尔传感器工作原理

    千次阅读 2020-07-10 19:55:30
    霍尔传感器应用非常广泛,有必要了解一下;

    1 霍尔效应

    霍尔效应是美国物理学家 Edwin Hall 于1879年发现;由于导体中电流的性质,电流是由电子的定向移动所形成的,并且电子移动的方向和电流方向相反;
    通常,电子脱离之后的导体便留下了空穴,表现为正电压
    如果导体周围存在足够强的磁场,这时候电荷会受到一种称为洛伦兹力的力,电荷移动的路径便会发现偏移,因此,偏移的电荷会积累到导体的同一面上,而另一面留下空穴,这样导体之间便产生了电势差

    2 霍尔传感器

    霍尔效应产生的电势差非常小,往往只有几微伏,因此霍尔传感器中往往内置了非常高增益的运算放大器,根据整体需求还会配合其他一些系统电路,整体架构如下所示;


    通常霍尔传感器最终输出的信号有模拟信号和数字信号两种;

    • 输出数字信号:一般在运算放大器后级增加一个施密特触发器,则输出信号为数字信号,通常为系统提供相应的迟滞和开关阈量,类似的如开关型霍尔元器件
    • 输出模拟信号:线性霍尔传感器的输出量是模拟信号,配合ADC进行采样,可以用于检测物体的位移

    开关型霍尔根据输入信号和输出关系的不同可以分为:单极性霍尔双极性霍尔全极性霍尔

    2.1 单极性霍尔

    单极性霍尔的开关特性通常是磁场的磁极和传感器的正反面要一一对应,否则可能会没有输出,具体如下表所示;

    条件 输出
    磁场S极靠近正面 Low
    磁场N极靠近正面 None
    磁场S极靠近反面 None
    磁场N极靠近反面 High

    2.2 双极性霍尔

    相较于单极性霍尔,双极性霍尔传感器可以锁存输出电平的状态,直到下一个输入到来,才会改变输出状态,广泛的应用与直流无刷电机,计数,定位等系统中;

    条件 输出
    磁场S极靠近正面 Low --> High
    磁场N极靠近正面 High --> Low

    2.3 全极性霍尔

    全极性霍尔开关会在磁场S极靠近正面时输出低电平,N极靠近正面,输出高电平;

    条件 输出
    磁场S极靠近正面 Low
    磁场N极靠近正面 High

    3 磁编码器

    磁编码器内部就集成了Hall元件,在正面存在旋转磁场的时候,就可以输出相应的信号,这样就可以实现非接触式得测量转速,位置信号,因此在工作环境严酷的情况下,该应用场景就非常理想;具体检测方式如下图所示;

    工业应用:

    • 非接触式旋转位置检测;
    • 机器人技术;
    • 无刷直流电动机换向;
    • 电动工具;

    汽车应用:

    • 方向盘位置检测;
    • 油门位置检测;
    • 传动变速箱编码器;
    • 头灯位置控制;
    • 电动座椅位置指示器;

    办公设备:

    • 打印机、扫描仪、复印机;
    • 取代光学编码器;
    • 前面板旋转开关;
    • 取代电位器;

    这里简单介绍一下,其具体的应用方式会因为IC的不同而有所差异,但是这些也都是基于Hall传感器的基础上进行展开,所以这里这是概念性的介绍;

    4 总结

    霍尔传感器的应用非常广泛,本文只是结合作者的实际使用情况进行简单地进行介绍,因为作者能力有限,难免存在错误或纰漏,请各位不吝赐教;

    展开全文
  • 霍尔集成电路具有体积小、灵敏度高、输出幅度大、温漂小、对电源稳定性要求低等优点 ,广泛应用 于复印机电机转速检测、智能电动车测速和录放像机磁带控制、数控车床及电子开关等电路中。
  • 霍尔传感器工作原理、分类及应用

    万次阅读 多人点赞 2017-05-24 11:06:08
    霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用。...霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础,是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业

    转自:http://www.sensor.com.cn/zt5/case-1503.html


    霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基

    霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础,是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。 

    一、霍尔效应霍尔元件 霍尔传感器 

    霍尔效应 

    如图1所示,在半导体薄片两端通以控制电流I,并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场,则在垂直于电流和磁场的方向上,将产生电势差为UH的霍尔电压, 
    它们之间的关系为。




     式中d 为薄片的厚度,k称为霍尔系数,它的大小与薄片的材料有关。上述效应称为霍尔效应,它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。 

    (二)霍尔元件 

    根据霍尔效应,人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点,因此,在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。 

    (三)霍尔传感器 

    由于霍尔元件产生的电势差很小,故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上,称之为霍尔传感器。 


     霍尔传感器也称为霍尔集成电路,其外形较小,如图2所示,是其中一种型号的外形图。

    二、霍尔传感器的分类 

    霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。 

    (一)线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成,它输出模拟量。 
    (二)开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器,斯密特触发器和输出级组成,它输出数字量。 

    三、霍尔传感器的特性 

    (一)线性型霍尔传感器的特性


     输出电压与外加磁场强度呈线性关系,如图3所示,可见,在B1~B2的磁感应强度范围内有较好的线性度,磁感应强度超出此范围时则呈现饱和状态。 

    (二)开关型霍尔传感器的特性 

    如图4所示,其中BOP为工作点开的磁感应强度,BRP为释放点关的磁感应强度。


     当外加的磁感应强度超过动作点Bop时,传感器输出低电平,当磁感应强度降到动作点Bop以下时,传感器输出电平不变,一直要降到释放点BRP时,传感器才由低电平跃变为高电平。Bop与BRP之间的滞后使开关动作更为可靠。 

    另外还有一种锁键型(或称锁存型)开关型霍尔传感器,其特性如图5所示。


     当磁感应强度超过动作点Bop时,传感器输出由高电平跃变为低电平,而在外磁场撤消后,其输出状态保持不变(即锁存状态),必须施加反向磁感应强度达到BRP时,才能使电平产生变化。 

    四、霍尔传感器的应用 

    按被检测对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测受检对象本身的磁场或磁特性,后者是检测受检对象上人为设置的磁场,这个磁场是被检测的信息的载体,通过它,将许多非电、非磁的物理量,例如速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等,转变成电学量来进行检测和控制。 

    (一)线性型霍尔传感器主要用于一些物理量的测量。例如: 

    1.电流传感器 

    由于通电螺线管内部存在磁场,其大小与导线中的电流成正比,故可以利用霍尔传感器测量出磁场,从而确定导线中电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触,不影响被测电路,不消耗被测电源的功率,特别适合于大电流传感。


     霍尔电流传感器工作原理如图6所示,标准圆环铁芯有一个缺口,将霍尔传感器插入缺口中,圆环上绕有线圈,当电流通过线圈时产生磁场,则霍尔传感器有信号输出。 

    2.位移测量 

    如图7所示,两块永久磁铁同极性相对放置,将线性型霍尔传感器置于中间,其磁感应强度为零,这个点可作为位移的零点,当霍尔传感器在Z轴上作△Z位移时,传感器有一个电压输出,电压大小与位移大小成正比。


     如果把拉力、压力等参数变成位移,便可测出拉力及压力的大小,如图8所示,是按这一原理制成的力传感器。


     二)开关型霍尔传感器主要用于测转数、转速、风速、流速、接近开关、关门告知器、报警器、自动控制电路等。 

    1.测转速或转数 

    如图9所示,,在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢,霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处,圆盘旋转一周,霍尔传感器就输出一个脉冲,从而可测出转数(计数器),若接入频率计,便可测出转速。


     如果把开关型霍尔传感器按预定位置有规律地布置在轨道上,当装在运动车辆上的永磁体经过它时,可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号的分布可以测出车辆的运动速度。 

    2.各种实用电路 

    开关型霍尔传感器尺寸小、工作电压范围宽,工作可靠,价格便宜,因此获得极为广泛的应用。下面列举两个实用电路加以说明: 

    电路1 防盗报警器


     如图10所示,将小磁铁固定在门的边缘上,将霍尔传感器固定在门框的边缘上,让两者靠近,即门处于关闭状态时,磁铁靠近霍尔传感器,输出端3为低电平,当门被非法撬开时,霍尔传感器输出端3为高电平,非门输出端Y为低电平,继电器J吸合,Ja闭合,蜂鸣器得电后发出报警声音。 

    电路2 公共汽车门状态显示器


     使用霍尔传感器,只要再配置一块小永久磁铁就很容易做成车门是否关好的指示器,例如公共汽车的三个门必须关闭,司机才可开车。电路如图11所示,三片开关型霍尔传感器分别装在汽车的三个门框上,在车门适当位置各固定一块磁钢,当车门开着时,磁钢远离霍尔开关,输出端为高电平。若三个门中有一个未关好,则或非门输出为低电平,红灯亮,表示还有门未关好,若三个门都关好,则或非门输出为高电平,绿灯亮,表示车门关好,司机可放心开车。
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    在将霍尔开关的工作原理前,我们先思考一下,霍尔传感器与我们学过的霍尔效应有什么关系? 霍尔传感器的物理原理是霍尔效应,是霍尔效应的一种应用。我们来看看霍尔效应: 当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地...

    霍尔开关,属于霍尔传感器的一种,在电子电路系统中应用是比较广泛的。本文我们主要讲霍尔开关的工作原理。

    一、什么是霍尔开关

    1、理论依据

    在将霍尔开关的工作原理前,我们先思考一下,霍尔传感器与我们学过的霍尔效应有什么关系?

    霍尔传感器的物理原理是霍尔效应,是霍尔效应的一种应用。我们来看看霍尔效应:

    当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时,薄片的两端就会产生电位差,这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U,

    其表达式为   U=K·I·B/d 

      其中K为霍尔系数,I为薄片中通过的电流,B为外加磁场(洛伦慈力Lorrentz)的磁感应强度,d是薄片的厚度。 

      由此可见,霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。

     

    2、霍尔开关工作原理

    霍尔开关就属于有源磁电转换器件,它是在霍尔效应原理的基础上,利用集成封装和组装工艺制作而成,它可方便的把磁输入信号(磁感应信号)转换成实际应用中的电信号。

    霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的,当B值达到一定的程度时,霍尔开关内部的触发器翻转,霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。输出端一般采用晶体管输出。

    所以霍尔开关的效果与我们日常生活接触的开关效果是一致的。

     

    3、理解

    使用类比法理解霍尔开关的效果:

    1)将霍尔开关类比成一个普通的电器按键开关。

    2)当无磁场时(或磁感应强度小于一定值),霍尔开关是关闭状态(假定磁感应强度小于一定值,霍尔开关是对应关闭状态),类似手动把电器的开关关闭,电器不工作。

    当有磁场时(或磁感应强度大于一定值),霍尔开关是导通状态(假定磁感应强度大于一定值,霍尔开关是对应导通状态),类似手动把电器的开关打开,电器正常工作。

     

    二、霍尔开关有什么用

    应用:霍尔开关可应用于电子电路系统中作为接近开关、压力开关等。

     

     

     

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