传感器技术与应用第八章霍尔传感器.ppt

第第8章章 霍霍尔传感器感器2024/9/121.引言引言n霍霍尔传感器是基于霍感器是基于霍尔效效应的一种的一种传感器n1879年美国物理学家霍年美国物理学家霍尔首先在金属材料中首先在金属材料中发现了霍了霍尔效效应，但由于金属材料的霍，但由于金属材料的霍尔效效应太弱而没有得到太弱而没有得到应用n随着半随着半导体技体技术的的发展，开始用半展，开始用半导体材料制体材料制成霍成霍尔元件，由于它的霍元件，由于它的霍尔效效应显著而得到著而得到应用和用和发展n霍霍尔传感器广泛用于感器广泛用于电磁磁测量、量、压力、加速度、力、加速度、振振动等方面的等方面的测量2024/9/122.8.1 霍霍尔传感器的工作原理感器的工作原理n金属或半金属或半导体薄片置于磁感体薄片置于磁感应强度度B的磁的磁场（磁（磁场方向垂直与薄片）中，当有方向垂直与薄片）中，当有电流流I通通过时，在垂直于，在垂直于电流和磁流和磁场的方向的方向上将上将产生生电动势UH，，这种物理种物理现象称象称为霍霍尔效效应该电势UH 称霍称霍尔电势8.1.1 霍霍 尔 效效 应 2024/9/123.霍霍尔效效应n一一块长为L、、宽为W、厚、厚为d的的N型半型半导体薄片，位于磁感体薄片，位于磁感应强度度为B的磁的磁场中，中，B垂直于垂直于L-W平面，沿平面，沿L通通电流流I，，N型半型半导体的体的载流体流体-电子将受到子将受到B产生的洛生的洛仑兹力力FB的作用的作用 2024/9/124.n洛洛仑兹力力FL使使电子向垂直于子向垂直于B和自由和自由电子运子运动方向偏移，其方向符合右手螺旋定律，即方向偏移，其方向符合右手螺旋定律，即电子有向某一端子有向某一端积聚的聚的现象，使半象，使半导体体—端面端面产生生负电荷荷积聚，另一端面聚，另一端面则为正正电荷荷积聚。

聚由于由于电荷荷积聚，聚，产生静生静电场，称，称为霍霍尔电场该静静电场对电子的作用力子的作用力FE与洛与洛仑兹力力FL的的方向相反，将阻止方向相反，将阻止电子子继续偏偏转，其大小，其大小为 8.1.2 基本原理基本原理2024/9/125.n电场力阻止力阻止电子子继续向原向原侧面面积累，当累，当电子所受子所受电场力和洛力和洛仑兹力相等力相等时，，电荷的荷的积累达到累达到动态平衡，由于存在平衡，由于存在EH，，半半导体片两体片两侧面面间出出现电位差位差UH ，称，称为霍霍尔电势 2024/9/126.n磁磁场与薄片法与薄片法线夹角角为  2024/9/127.常用的霍常用的霍尔元件材料元件材料 n锗、硅、砷化、硅、砷化铟、、锑化化铟等半等半导体材料其体材料其中中N型型锗容易加工制造，其霍容易加工制造，其霍尔系数、温度性系数、温度性能和能和线性度都性度都较好N型硅的型硅的线性度最好，其性度最好，其霍霍尔系数、温度性能同系数、温度性能同N型型锗相近锑化化铟对温度最敏感，尤其在低温范温度最敏感，尤其在低温范围内温度系数大，内温度系数大，但在室温但在室温时其霍其霍尔系数系数较大砷化铟的霍的霍尔系数系数较小，温度系数也小，温度系数也较小，小，输出特性出特性线性性度好。

度好 2024/9/128. 霍霍尔元件的材料特性元件的材料特性2024/9/129.8.1.3 霍霍尔元件的主要参数元件的主要参数n1. 额定功耗定功耗 n2. 输入入电阻阻 和和输出出电阻阻 n3. 不平衡不平衡电势 n4. 霍霍尔电势温度系数温度系数 n5. 内阻温度系数内阻温度系数 n6. 灵敏度灵敏度 1．主要特性参数．主要特性参数2024/9/1210.8.1.4 霍霍尔元件的基本元件的基本测量量电路路2024/9/1211.8.2 集成霍集成霍尔传感器感器集成霍尔传感器是利用硅集成电路工艺将霍尔元件和测量线路集成在一起的一种传感器集成霍尔传感器与分立元件相比，它具有可靠性高、体积小、重量轻、功耗低等优点，正越来越受到重视 集成霍尔传感器的输出是经过处理的霍尔输出信号按照输出信号的形式，可以分为开关型集成霍尔传感器和线性集成霍尔传感器两种类型 2024/9/1212.8.2.1 开关型集成霍开关型集成霍尔传感器感器n霍霍尔片、引片、引线和壳体和壳体组成成 1. 开关型集成霍开关型集成霍尔传感器的感器的结构构2024/9/1213.8.2.1 开关型集成霍开关型集成霍尔传感器感器2．开关型霍尔集成传感器的工作原理2024/9/1214.8.2.1 开关型集成霍开关型集成霍尔传感器感器3. 开关型集成霍尔传感器的工作特性2024/9/1215.8.2.1 开关型集成霍开关型集成霍尔传感器感器4. 开关型集成霍尔传感器的接口电路2024/9/1216.8.2.2 线线性集成霍性集成霍尔尔传传感器感器1.线性集成霍尔传感器的结构及工作原理2024/9/1217.8.2.2 线线性集成霍性集成霍尔尔传传感器感器2.线性集成霍尔传感器的主要技术特性2024/9/1218.8.3 霍霍尔传感器的感器的应用用8.3.1 霍霍尔式位移式位移传感器感器2024/9/1219.8.3 霍霍尔传感器的感器的应用用8.3.2 霍霍尔式式压力力传感器感器2024/9/1220.8.3 霍霍尔传感器的感器的应用用8.3.3 霍霍尔电子点火器子点火器2024/9/1221.常用常用传感器：感器：国国产YSH-1型霍型霍尔压力力变送器送器 2024/9/1222.霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用 若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。

用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小带有微有微型磁型磁铁的霍的霍尔传感器感器钢质霍霍尔2024/9/1223.ABS的工作原理的工作原理 1—车速齿轮传感器 2—压力调节器 3—控制器 2024/9/1224.霍尔转速表 在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速S SN N线性霍性霍尔磁磁铁2024/9/1225.霍尔式接近开关 当磁铁的有效磁极接近、并达到动作距离时，霍尔式接近开关动作霍尔接近开关一般还配一块钕铁硼磁铁2024/9/1226.霍尔电流传感器演示铁心 线性霍性霍尔IC所所实现的多媒体界面：的多媒体界面：2024/9/1227.霍尔钳形电流表（交直流两用）压舌舌豁口豁口2024/9/1228.课间休息！！休息！！2024/9/1229.。