霍尔式传感器原理及应用.pptx

,第三章 信号的获取,第五节 其他类型传感器 一、霍尔传感器,一、霍尔传感器,19,世纪后期，已发现在金属中存在,霍尔效应,由于其效应很微弱，很久未被重视,20,世纪中叶，半导体科学的发展才制成实用型的元件,20,世纪,60,年代后，成为值得重视的技术工具,带电粒子在磁场中的运动会受到洛伦兹力,F,L,的作用,洛伦兹力,F,L,的方向由左手定则决定,洛伦兹力的作用结果，使带电粒子偏向,c,，,d,电极,在垂直于,B,和,I,的方向上产生一感应电动势,V,H,该现象称为,霍尔效应,，所产生的电动势,V,H,称为,霍尔电势,1.,基本原理,厚度为,d,的,N,型半导体薄片上垂直作用了磁感应强度为,B,的磁场,若在一个方向上通以电流,I,N,型半导体中多数载流子为电子,它沿与电流的相反方向运动,霍尔电势,V,H,的大小,由下式决定：,(3-48),式中,K,H,霍尔常数，表示单位磁感应强度和,单位控制电流下所得的开路霍尔电势，,取决于材质、元件尺寸，并受温度变化影响；,电流方向与磁场方向夹角，如两者垂直，则,sin,1,。,纯金属中自由电子浓度过高，霍尔效应微弱，无实用价值,半导体是霍尔元件的常用材料,材料的厚度,d,愈小，则,K,H,就愈大、灵敏度愈高,2.,霍尔传感器的应用,片芯是一块矩形半导体薄片,一般采用,N,形锗、锑化铟、砷化铟、砷化镓和磷砷化铟,等,长边两侧面焊有两根控制电流极引线，短边两侧面的中点焊以两导线,输出霍尔电势,霍尔芯片一般用非磁性金属、陶瓷或环氧树脂封装,(3-48),式,(3-48),可知，改变,I,或,B,，或两者同时改变均会引起,V,H,的变化,利用该原理可以做成各种传感元件,霍尔传感器的结构,在磁场和控制电流的作用下，输出端有电压输出,使用时，,I,和,B,都可作为输入信号，输出信号正比于两者的乘积,建立霍尔电势所需的时间极短,(10,-12,10,-14,),所测外界信号频率可以很高,(3-48),霍尔元件的基本电路,R,为调节电阻，调节控制电流的大小,V,H,两端为霍尔电势输出端,霍尔元件可制成位移传感器,霍尔元件置于两相反方向的磁场中,在,a,、,b,两端通入控制电流,i,左半产生的霍尔电势,V,H1,和右半产生的霍尔电势,V,H2,方向相反,c,，,d,两端输出电压是,V,H1,-,V,H2,，若使初始位置时,V,H1,=,V,H2,，则输出电压为零。,当霍尔元件相对于磁极作,x,方向位移时，可得到输出电压,V,H,=,V,H1,-,V,H2,，且,V,H,数值正比于位移量,x,，正负方向取决于位移,x,的方向,霍尔元件传感器既能测量位移的大小，又能鉴别位移的方向,霍尔元件在静止状态下具有感受磁场的独特能力,霍尔元件的特点：,结构简单可靠,体积小,噪声低,动态范围大,(,输出电压变化范围可达,1000:1),频率范围宽,(,从直流到微波频段,),寿命长,价格低,可以广泛应用于测量：,位移,可转化为位移的力和加速度,磁场变化,应用中不用永久磁铁产生的磁场，而是用一个可变电流作激磁的可变磁场，输出电压就决定于,控制电流,和,激磁电流,的乘积,霍尔元件就成了一种两个,模拟信号的乘法器,The End,