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  • 霍尔传感器

    2018-07-10 14:53:03
    霍尔传感器是所有传感器中性价比非常高的一款传感器,对于未知量的准确认知具有不可磨灭的贡献
  • 霍尔传感器,英文名称为Hall sensor,是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器,主要用于力测量,具有精度高、线性度好等多种特点,现已在工业自动化技术、检测技术、信息处理等方面有着极广泛的应用。
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    霍尔传感器

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    创意电子设计训练营

     1、霍尔效应

          霍尔效应是电磁效应的一种,指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时,产生横向电位差的物理现象。当电流通过金属箔片时,若在垂直于电流的方向施加磁场,则金属箔片两侧面会出现横向电位差。霍尔效应使用左手定则判断。

     2、霍尔元件

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          基于霍尔效应可以利用霍尔元件设计制做多种传感器。

    霍尔电流传感器

          通电导线的周围存在磁场,其大小与导线中的电流成正比,因此对于导线电流大小的确定可以采用霍尔元件测量磁场,进而得出电流大小。霍尔电流传感器的设计就是基于本原理,该传感器不与被测电路发生电接触,对被测电路不产生影响,适合大电流传感。

    霍尔功率传感器

          将霍尔元件置于场强度为H电场强度为E的电磁场中,则在该元件中将产生电流I,同时元件上产生的霍尔电位差和电场强度E成正比,依据公式P=EH,只要测出该电磁场的磁场强度,即可求出电磁场的功率密度瞬时值P,基于该方法可以制作霍尔功率传感器。

    霍尔位移/速度传感器

          将霍尔元件集成的开关按预定位置有规律地布置在物体上,当装在运动物体上的永磁体经过它时,可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的位移。若测出单位时间内发出的脉冲数,则可以确定其运动速度。

     3、应用

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          霍尔器件通过检测磁场变化,转变为电信号输出,可用于监视和测量汽车转速速度位置、位移等参数的变化,并可将这些变量进行二次变换,也可测量压力、质量、液位、流速、流量等。霍尔器件输出量直接与电控单元接口,可实现自动检测。

     4、霍尔传感器模块

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        模块的工作电压为DC 5V,其中主要芯片为LM393、3144霍尔传感器磁感应探头。

    特点:
    1、灵敏度可调               
    2、磁场感应检测灵敏度比较高

    3、输出有效信号为低电平

    4、电路板输出开关量可直接接单片机IO口
    5、可用于电机测速、位置检测等场合

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    文字 | 木落微香

    图片 | 木落微香

    资源归属 | 西安交通大学电工电子技术实验室

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    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。

    霍尔传感器的外形图和与磁场的作用关系如下图所示,磁场由磁钢提供,所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用。

    霍尔传感器检测转速示意图如下。在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢,霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。圆盘每转动一圈,霍尔传感器便输出一个脉冲。通过单片机测量产生脉冲的频率就可以得出圆盘的转速。

    备注:当没有信号产生时,可以改变一下磁钢的方向,霍尔对磁钢方向有要求。没有磁钢时输出高电平,有磁钢时输出低电平。

    接线图:

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    测速原理图:

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    产品图片和管脚图:

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    2  基于霍尔传感器的电机转速测量系统硬件设计62616964757a686964616fe59b9ee7ad9431333330336261

    2.1 电机转速测量系统的硬件电路设计

    2.1.1 总体硬件设计

    使用单片机测量电机转速的基本结构如图2-1所示。该系统包括霍尔传感器、隔离整形电路、主CPU、显示电路、报警电路及电源等部分。

    图2-1 系统总体结构图

    其测量过程是测量转速的霍尔传感器和电机机轴同轴连接,机轴每转一周,产生一定量的脉冲个数,由霍尔器件电路输出。经过电耦合器后,即经过隔离整形电路后,成为转数计数器的计数脉冲。同时霍尔传感器电路输出幅度为12V的脉冲经光电耦合后降为5V,保持同单片机AT89C51逻辑电平相一致,控制计数时间,即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。主CPU将该值数据处理后,在LCD液晶显示器上显示出来。一旦超速,CPU通过喇叭和转灯发出声、光报警信号。

    1.传感器部分

    主要分为两个部分。第一部分是利用霍尔器件将电机的转速转化为脉冲信号。霍尔测速模块由铁质的测速齿轮和带有霍尔元件的支架构成。测速齿轮如图2-2所示,齿轮厚度大约2mm,将其固定在待测电机的转轴上。将霍尔元件固定在距齿轮外圆1mm的探头上,霍尔元件的对面粘贴小磁钢,当测速齿轮的每个齿经过探头正前方时,改变了磁通密度,霍尔元件就输出一个脉冲信号。第二部分是使用六反相器和光耦,将传感器输出的信号进行整形隔离,减少计数的干扰。

    测速齿轮                                            霍尔元件

    图2-2 转速变换装置

    2.处理器

    采用AT89C51单片机作为系统的处理器。

    3.显示部分

    该部分有两个功能,在正常情况下,通过LCD液晶显示器显示当前的频率数值,当电机的转速超出一定的范围后,通过蜂鸣器进行报警。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,采用直流电压供电,广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。

    2.1.2 系统电路设计

    实际测量时,要把霍尔传感器固定在直流测速电机的底板上,与霍尔探头相对的电机的轴上固定着一片磁钢块,电机每转一周,霍尔传感器便发出一个脉冲信号,将此脉冲信号接到开发的多功能实验板上的P3.2[ ]上,设定T0定时,每分钟所计的进入P3.2的脉冲个数即为直流电机的转速。

    由于在虚拟仿真电路图中,没有电机及传感器,所以就直接用一个脉冲信号代替,电路图如图2-3所示。

    图2-3 总体硬件电路图

    2.2 霍尔传感器测量电路设计

    2.2.1 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。

    霍尔传感器A3144是Allegro MicroSystems公司生产的宽温、开关型霍尔效应传感器,其工作温度范围可达-40℃~150℃。它由电压调整电路、反相电源保护电路、霍尔元件、温度补偿电路、微信号放大器、施密特触发器和OC门输出极构成,通过使用上拉电阻可以将其输出接入CMOS逻辑电路。该芯片具有尺寸小、稳定性好、灵敏度高等特点,有两种封装形式,一种是3脚贴片微小型封装,后缀为“LH”;另一种是3脚直插式封装,后缀为“UA”[5]。

    A3144E系列单极高温霍尔效应集成传感器是由稳压电源,霍尔电压发生器,差分放大器,施密特触发器和输出放大器组成的磁敏传感电路,其输入为磁感应强度,输出是一个数字电压讯号。它是一种单磁极工作的磁敏电路,适用于矩形或者柱形磁体下工作。可应用于汽车工业和军事工程中。

    霍尔传感器的外形图和与磁场的作用关系如图2-4所示。磁场由磁钢提供,所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用。

    霍尔元件和磁钢                            管脚图

    图2-4 霍尔传感器的外形图

    该霍尔传感器的接线图如图2-5所示。

    图2-5 霍尔传感器的接线图

    2.2.2 霍尔传感器测量原理

    测量电机转速的第一步就是要将电机的转速表示为单片机可以识别的脉冲信号,从而进行脉冲计数。霍尔器件作为一种转速测量系统的传感器,它有结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便等优点,因此选用霍尔传感器检测脉冲信号,其基本的测量原理如图2-6所示,当电机转动时,带动传感器运动,产生对应频率的脉冲信号,经过信号处理后输出到计数器或其他的脉冲计数装置,进行转速的测量[6]。

    展开全文
  • 单芯片集成3D霍尔传感器
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    千次阅读 2019-05-12 11:47:17
    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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