传感器技术-第6讲-压电磁敏传感器.pptVIP

6.2霍尔式传感器6.2.1霍尔效应及霍尔元件1.霍尔效应金属或半导体薄片在磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应，该电势称为霍尔电势。霍尔电场强度为 洛仑兹力fL的大小为 fL=eBv 该电场的电场力又阻碍电子的偏移,当电场力与洛仑兹力相等时,即 eEH=eBv 则 EH=Bv 若金属导电板单位体积内电子数为n,电子定向运动平均速度为v,则激励电流I=nevbd,则 得 式中:令RH=1/ne，称之为霍尔常数，其大小取决于导体载流子密度，则 （6-12）式中:KH=RH/d称为霍尔片的灵敏度。2.霍尔元件基本结构霍尔元件的外形结构图，它由霍尔片、4根引线和壳体组成，激励电极通常用红色线，而霍尔电极通常用绿色或黄色线表示。图3霍尔元件3.霍尔元件基本特性（1）输入电阻和输出电阻霍尔元件激励电极之间电阻为输入电阻，霍尔电极输出电势对于电路外部来说相当于一个电压源，其电源内阻即为输出电阻。（2）额定激励电流当霍尔元件自身温升10℃时所流过的激励电流称为额定激励电流。（3）不等位电势UO霍尔元件在额定激励电流作用下,若元件不加外磁场,输出的霍尔电势的理想值应为零,但实际不等于零,此时的空载霍尔电势称为不等位电势。原因有以下几方面。①由于存在电极的安装位置不对称；②半导体材料电阻率不均衡或几何尺寸不均匀；③激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。（4）霍尔电势的温度特性当温度升高时,霍尔电势减小,呈现负温度特性。6.2.2霍尔元件的应用1．霍尔式微量位移的测量由霍尔效应可知，当控制电流恒定时，霍尔电压U与磁感应强度B成正比，若磁感应强度B是位置x的函数，即 UH=kx （6-13）式中:ｋ——位移传感器灵敏度。则霍尔电压的大小就可以用来反映霍尔元件的位置。当霍尔元件在磁场中移动时,输出霍尔电压U的变化就反映了霍尔元件的位移量Δx。利用上述原理可对微量位移进行测量。动态范围可达5mm,当位移小于2mm时,输出霍尔电压与位移之间有良好的线性关系。传感器的分辨率为0.001mm。图4霍尔式位移传感器的工作原理图2.霍尔元件在转速测量上的应用利用霍尔元件测量转速的工作原理非常简单，将永久磁体按适当的方式固定在被测轴上，霍尔元件置于磁铁的气隙中，当轴转动时，霍尔元件输出的电压则包含有转速的信息，该电压经后续电路处理，便可得到转速的数据。如图（a）、（b）是两种测量转速方法的示意图。图5几种霍尔式转速传感器的结构3.霍尔式接近开关利用霍尔效应可以制成开关型传感器。广泛应用于测转速、制作接近开关等。霍尔式接近开关主要由霍尔元件、放大电路、整形电路、输出驱动及稳压电路5部分组成。由工作特性曲线可见，工作时具有一定的磁滞特性，可以使开关更可靠工作。图中BH为工作点“开”的磁场强度，BL为释放点“关”的磁场强度。4.构成金属计数器应用于计数的霍尔接近开关原理图。当带磁性的物体接近霍尔元件时，霍尔元件就输出一个脉冲电压，经过放大整形后驱动光电管工作，计数器便进行计数，并由显示器进行显示。图6霍尔式接近开关应用于计数电原理图磁敏二极管和磁敏三极管磁敏二极管、三极管是继霍耳元件和磁敏电阻之后迅速发展起来的新型磁电转换元件。它们具有磁灵敏度高（磁灵敏度比霍耳元件高数百甚至数千倍）；能识别磁场的极性；体积小、电路简单等特点,因而正日益得到重视；并在检测、控制等方面得到普遍应用。6.3半导体磁敏传感器一、磁敏二极管的工作原理和主要特性1.磁敏二极管的结构与工作原理（1）磁敏二极管的结构有硅磁敏二级管和锗磁敏二级管两种。与普通二极管区