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嘉峪关《霍尔效应传感器原理运算应用及检测器

2021年02月21日 11:48来源:嘉峪关

我们不能在没有提到磁传感器的情况下结束关于磁性的讨论,尤其是非常常用的霍尔效应传感器

磁传感器转磁或磁将信息编码成电信号以供电子电路处理,在传感器和传感器教程,我们研究了电感式接近传感器和LDVT以及电磁阀和继电器输出执行器。

磁传感器是固态设备,正变得越来越流行,因为它们可用于许多不同类型的应用,例如感应位置,速度或定向运动。它们也是电子设计师的一种流行的传感器选择,因为它们具有非接触式无磨损操作,低维护,坚固的设计以及密封的霍尔效应设备,不受振动,灰尘和水的影响。

磁传感器的主要用途之一是用于感测位置,距离和速度的汽车系统。例如,曲柄轴的角度位置用于火花塞的点火角度,汽车座椅和用于安全气囊控制的座椅安全带的位置或用于防抱死制动系统的车轮速度检测(ABS)。 

磁传感器设计用于响应各种不同应用的各种正负磁场,一种类型的磁传感器,其输出信号是其周围磁场密度的函数,称为霍尔效果传感器。

霍尔效应传感器是由外部磁场激活的设备。我们知道磁场有两个重要特性:磁通密度( B )和极性(北极和南极)。霍尔效应传感器的输出信号是器件周围磁场密度的函数。当传感器周围的磁通密度超过某个预设阈值时,传感器检测到它并产生一个输出电压,称为霍尔电压,V H。请考虑下图。

霍尔效应传感器原理

霍尔效应传感器基本上由一块薄的矩形p型半导体材料组成,例如砷化镓(GaAs),锑化铟(InSb)或砷化铟(InAs),它们通过自身连续的电流。当器件放置在磁场时,磁通线在半导体材料上施加力,该力使电荷载流子,电子和空穴偏转到半导体板的任一侧。电荷载流子的这种运动是它们经过半导体材料所经受的磁力的结果。

当这些电子和空穴移动到侧面时,半导体材料的两侧之间产生电位差。这些电荷载体的堆积。然后,电子通过半导体材料的运动受到与其成直角的外部磁场的影响,并且这种效果在扁平矩形材料更大。

产生通过使用磁场测量的电压被称为霍尔效应之后,埃德温霍尔在1870年发现了它,霍尔效应的基本物理原理是洛伦兹力。为了在器件上产生电位差,磁通线必须与电流垂直(90 o )并且具有正确的极性,通常是南极。

霍尔效应提供有关磁极类型和磁场大小的信息。例如,南极会导致器件产生电压输出,而北极则无效。通常,霍尔效应传感器和开关设计为在没有磁场存在时处于"关闭"状态(开路状态)。当受到足够强度和极性的磁场时,它们只能"接通",(闭路状态)。

输出电压,称为霍尔电压,( V H )基本霍尔元件与通过半导体材料的磁场强度成正比(输出α H )。这个输出电压可以非常小,即使受到强磁场也只有几微伏,因此大多数商用霍尔效应器件都是通过内置直流放大器,逻辑开关电路和稳压器制造的,以提高传感器的灵敏度,滞后和输出电压。这也使霍尔效应传感器能够在更广泛的电源和磁场条件下工作。

霍尔效应传感器可用线性或数字输出。线性(模拟)传感器的输出信号直接取自运算放大器的输出,输出电压与通过霍尔传感器的磁场成正比。此输出霍尔电压如下:
 
线性或模拟传感器提供连续的电压输出,该输出随着强磁场而增加,并且随着弱磁场而减小。在线性输出霍尔效应传感器,随着磁场强度的增加,放大器的输出信号也会增加,直到它开始饱和电源对其施加的限制。磁场的任何外增加都不会对输出产生影响,但会使其更加饱和。

另一方面,数字输出传感器具有施密特触发器,内置迟滞连接到运算放大器。当通过霍尔传感器的磁通量超过预设值时,器件的输出在其"关闭"状态之间快速切换到"接通"状态,而没有任何类型的接触反弹。当传感器移入和移出磁场时,这种内置滞后消除了输出信号的任何振荡。然后数字输出传感器只有两种状态,"ON"和"OFF"。

有两种基本类型的数字霍尔效应传感器,双极和单极

b>。双极传感器需要一个正磁场(南极)来操作它们,一个负磁场(北极)释放它们,而单极传感器只需要一个磁性南极来操作和释放它们进出磁场大多数霍尔效应器件不能