霍爾傳感器原理及應(yīng)用研究

1、精選文檔四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文)設(shè)計(jì)（論文）題目: 專 業(yè): 班 級(jí): 學(xué) 號(hào): 姓 名: 指導(dǎo)教師: 2010 年 10 月 日精選文檔四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué) 生姓 名李曉學(xué)號(hào)0618013班級(jí)應(yīng)電 06-1 班專業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)設(shè)計(jì)（或論文）題目霍爾傳感器原理及應(yīng)用研究指導(dǎo)教師姓名職 稱工作單位及所從事專業(yè)聯(lián)系方式備 注王志強(qiáng)講師四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)志毅高級(jí)工程師081 電子軍工集計(jì)（或論文）內(nèi)容：1. 霍爾傳感器概述2. 論文研究的目的和意義3. 霍爾傳感器

2、工作原理和特性4. 霍爾傳感器的應(yīng)用進(jìn)度安排：第 12 周：查找資料； 第 34 周：確定方案；第 58 周：進(jìn)行論文的資料的整理； 第 912 周：整理論文報(bào)告；第 1315 周：確定論文初稿； 第 1617 周：論文定稿及答辯；主要參考文獻(xiàn)、資料：1 成輝傳感器的理論與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及其應(yīng)用北京國(guó)防工業(yè)出版社，19992 李輝霍爾傳感器及其應(yīng)用電路北京電子報(bào) 1994 合訂本，19943 羅四維傳感器應(yīng)用電路詳解M 電子工業(yè)出版社，19964 賈伯年，俞樸傳感器技術(shù)M 東南大學(xué)出版社，19975 劉亮等先進(jìn)傳感器及其應(yīng)用化學(xué)工業(yè)出版社，19966 張巖，胡秀芳傳感器應(yīng)用技術(shù)福建科學(xué)技術(shù)出版社，2

3、000審批意見(jiàn)教研室負(fù)責(zé)人：年 月 日備注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，一式二份。其中學(xué)生一份，指導(dǎo)教師一份。精選文檔目 錄摘 要1第 1 章 緒 論21.1 霍爾傳感器概述21.2 論文研究的目的和意義2第 2 章 霍爾傳感器的工作原理和特性42.1 霍爾傳感器的工作原理42.1.1 霍爾效應(yīng)42.1.2 霍爾元件42.1.3 霍爾傳感器52.2 霍爾傳感器的特性62.2.1 線性型霍爾傳感器的特性62.2.2 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的特性6第 3 章 霍爾傳感器的應(yīng)用73.1 線性型霍爾傳感器的應(yīng)用73.1.1 霍爾電流傳感器73.1.2 位移測(cè)量73.1.3 功率測(cè)量83.2 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的應(yīng)用

4、83.2.1 測(cè)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)83.2.2 接近開(kāi)關(guān)93.2.3 無(wú)刷電機(jī)93.2.4 各種實(shí)用電路93.3 霍爾傳感器的一種特殊應(yīng)用10總 結(jié)13致 謝14參考文獻(xiàn)15精選文檔摘 要傳感器是將非電量轉(zhuǎn)化為電量的器件或裝置。它利用材料或元器件的物理、化學(xué)效應(yīng)來(lái)探測(cè)各種物理量(光、熱、聲、力、磁等)、化學(xué)量(濕、氣、味等)以及生物量(酵素、微生物等)的強(qiáng)弱大小并將之轉(zhuǎn)換成電量，然后進(jìn)行信息的加工處理或直接向外傳遞。輸出信號(hào)可以有不同形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，能滿足人們對(duì)感知信息傳輸、處理、記錄、顯示、控制的各種要求，是自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中不可缺少的元件。其中，霍爾傳感器的發(fā)展非常迅速，在

5、各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也非常廣泛。 霍爾傳感器是一種磁傳感器。用它可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用。霍爾傳感器以霍爾效應(yīng)為其工作基礎(chǔ)，是由霍爾元件和它的附屬電路組成的集成傳感器?；魻杺鞲衅髟诠I(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和日常生活中有著非常廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞霍爾效應(yīng)；霍爾元件；霍爾傳感器 精選文檔第 1 章 緒 論1.1 霍爾傳感器概述早在 1879 年，美國(guó)物理學(xué)家霍爾(Edwin H. Hall)便發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)，但是實(shí)用的霍爾元件一直到人工制成半導(dǎo)體材料出現(xiàn)之后才出現(xiàn)。1986 年，Sugiyama 等采用了 GaAs/AlGaAs 異質(zhì)結(jié)構(gòu)制作霍爾元件，其電流相關(guān)靈敏度達(dá)到 1000V

6、/AT，但是靈敏度的穩(wěn)定性差。而采用了超晶格結(jié)構(gòu)的霍爾元件克服了這一缺陷。在之后的技術(shù)發(fā)展中，霍爾元件具有高靈敏度、低電位電勢(shì)和很高的溫度穩(wěn)定性，有些霍爾元件還具有很高的信噪比。自此，霍爾傳感器也得到了飛速的發(fā)展，并在汽車、工業(yè)、計(jì)算機(jī)等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，如齒輪速度檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)與接近檢測(cè)及電流檢測(cè)等?；魻杺鞲衅鞯某霈F(xiàn)，解決了許多讓人感到棘手的問(wèn)題?；魻杺鞲衅骶哂性S多優(yōu)點(diǎn)：1霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、安裝方便、功耗小、頻率高（可達(dá) 1MHZ） 。2霍爾傳感器耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。3線性霍爾傳感器的精度高、線性度好；開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸

7、出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置精度高?，F(xiàn)在，霍爾傳感器己成為使用最廣泛的傳感器之一。1.2 論文研究的目的和意義隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，霍爾傳感器的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。就目前的市場(chǎng)分析，霍爾傳感器廣泛應(yīng)用在檢測(cè)齒輪齒速、油門位置、尾氣再循環(huán)閥位置、馬達(dá)與傳動(dòng)的速度和位置，用于防鎖閘、牽引系統(tǒng)的車輪速度測(cè)量、腳踏板、座椅安全帶、剎車與離合器的位置、車鎖、車窗及油耗等諸多方面上。本論文圍繞線性型霍爾傳感器和開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器，目的在于介紹線性型霍爾傳感器和開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的工作原理和特性，并研究它們是怎樣應(yīng)用在各種實(shí)用電路和常見(jiàn)器件中的。因?yàn)榛魻杺鞲衅骶哂协h(huán)保、耐用、抗震、易安裝等優(yōu)點(diǎn)，一些專家認(rèn)為，

8、霍爾傳感器走進(jìn)游戲機(jī)手柄、電動(dòng)玩具等電子消費(fèi)市場(chǎng)將是大勢(shì)所趨。因此，研究霍爾傳感器的原理精選文檔及其應(yīng)用在理論上對(duì)霍爾傳感器走進(jìn)電子消費(fèi)市場(chǎng)奠定了一定的基礎(chǔ)，對(duì)霍爾傳感器的發(fā)展有非常重大的意義。 精選文檔第 2 章 霍爾傳感器的工作原理和特性2.1 霍爾傳感器的工作原理2.1.1 霍爾效應(yīng)1879 年，美國(guó)物理學(xué)家霍爾經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：如果讓恒定電流通過(guò)金屬薄片，并將薄片置于強(qiáng)磁場(chǎng)中，在金屬薄片的另外兩側(cè)將產(chǎn)生與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比的電動(dòng)勢(shì)。這個(gè)現(xiàn)象后來(lái)被人們稱為霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)的本質(zhì)是：固體材料中的載流子在外加磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)槭艿铰鍋銎澚Φ淖饔枚管壽E發(fā)生偏移，并在材料兩側(cè)產(chǎn)生電荷積累，形成

9、垂直于電流方向的電場(chǎng)，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場(chǎng)斥力相平衡，從而在兩側(cè)建立起一個(gè)穩(wěn)定的電勢(shì)差即霍爾電壓。正交電場(chǎng)和電流強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的乘積之比就是霍爾系數(shù)。平行電場(chǎng)和電流強(qiáng)度之比就是電阻率。大量的研究揭示：參加材料導(dǎo)電過(guò)程的不僅有帶負(fù)電的電子，還有帶正電的空穴。在半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流 I，并在薄片的垂直方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上，將產(chǎn)生電勢(shì)差為 UH的霍爾電壓，它們之間的關(guān)系為：UH=KIB/d （2-1）式中 d 為薄片的厚度，K 稱為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān)。 2.1.2 霍爾元件根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件

10、。霍爾元件多采用 N型半導(dǎo)體材料?；魻栐奖?d 越小)，UH就越大，薄膜霍爾元件厚度只有 1m 左右。它具有對(duì)磁場(chǎng)敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，在測(cè)量、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)通有小電流的半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)的載流子受洛倫茲力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使半導(dǎo)體兩側(cè)產(chǎn)生電勢(shì)差，該電勢(shì)差即為霍爾電壓 UH，UH與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 及控制電流 IC成正比，經(jīng)過(guò)理論推算有：精選文檔 UH=（RH/d）BIC （2-2）式中：B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度；IC為控制電流；RH為霍爾系數(shù)；d 為半導(dǎo)體厚度。式（2-2）中，若保持控制電流 IC不

11、變，在一定條件下，可通過(guò)測(cè)量霍爾電壓推算出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，由此建立了磁場(chǎng)與電壓信號(hào)的聯(lián)系。根據(jù)這一關(guān)系式，人們研制出了用于測(cè)量磁場(chǎng)的半導(dǎo)體器件，即霍爾元件。目前最常用的霍爾元件材料有鍺(Ge)、硅(Si)、銻化銦(InSb)、砷化銦(InAs)等半導(dǎo)體材料。2.1.3 霍爾傳感器由于霍爾元件產(chǎn)生的電勢(shì)差很小，故通常將霍爾元件與放大電路、溫度補(bǔ)償電路及穩(wěn)壓電源電路等集成在一個(gè)芯片上，稱之為霍爾傳感器?；魻杺鞲衅魇歉鶕?jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器?；魻杺鞲衅鞣譃榫€性型霍爾傳感器和開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器兩種。 線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器

12、、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成，它輸出數(shù)字量。1線性霍爾傳感器線性集成霍爾傳感器的輸出電壓與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，廣泛用于位置、力、重量、厚度、速度、磁場(chǎng)、電流等的測(cè)量、控制。這種傳感器有單端輸出和雙端輸出（差動(dòng)輸出）兩種電路。線性霍爾傳感器的精度高、線性度好。2開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器可分為單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)，內(nèi)部均有五個(gè)部分，即由穩(wěn)壓源、霍爾電勢(shì)發(fā)生器、差分放大器、施密特觸發(fā)器以及輸出級(jí)組成。當(dāng)有磁場(chǎng)作用在開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器上時(shí)，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，霍爾元件輸出霍爾電壓，該電壓經(jīng)放大器放大后，送至施密特整形電路。當(dāng)放大后的霍爾電壓大于“開(kāi)啟” 閾值時(shí)，施密特

13、電路翻轉(zhuǎn)，輸出高電平，使晶體管導(dǎo)通，整個(gè)電路處于開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)磁場(chǎng)減弱時(shí)，霍爾元件輸出的電壓很小，經(jīng)放大器放大后其值仍小于施密特的“關(guān)閉”閾值時(shí)，施密特整形器又翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，使晶體管截止，電路處于關(guān)狀態(tài)。這樣，一次磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，就使傳感器完成一次開(kāi)關(guān)動(dòng)作。開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置精度高。取用各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾傳感器的工作溫度范圍寬，可達(dá) 55150。精選文檔2.2 霍爾傳感器的特性2.2.1 線性型霍爾傳感器的特性圖 2-1 線性型霍爾傳感器的特性線性型霍爾傳感器的輸出電壓與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度呈線性關(guān)系，如圖 2-1 所示?？梢?jiàn)，在 B1B2的磁感應(yīng)

14、強(qiáng)度范圍內(nèi)有較好的線性度，磁感應(yīng)強(qiáng)度超出此范圍時(shí)則呈飽和狀態(tài)。2.2.2 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的特性如圖 2-2 所示，其中 BOP為工作點(diǎn)“開(kāi)”的磁感應(yīng)強(qiáng)度，BRP為釋放點(diǎn)“關(guān)”的磁感應(yīng)強(qiáng)度。圖 2-2 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的特性 圖 2-3 鎖鍵型開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器特性當(dāng)外加的磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)動(dòng)作點(diǎn) Bop時(shí)，傳感器輸出低電平，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度降到動(dòng)作點(diǎn) Bop以下時(shí)，傳感器輸出電平不變，一直要降到釋放點(diǎn) BRP時(shí)，傳感器才由低電平躍變?yōu)楦唠娖健op與 BRP之間的滯后使開(kāi)關(guān)動(dòng)作更為可靠。另外還有一種“鎖鍵型”（或稱“鎖存型”）開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器，其特性如圖 2-3 所示。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)動(dòng)作點(diǎn) Bop時(shí)

15、，傳感器輸出由高電平躍變?yōu)榈碗娖?，而在外磁?chǎng)撤消后，其輸出狀態(tài)保持不變（即鎖存狀態(tài)） ，必須施加反向磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到BRP時(shí)，才能使電平產(chǎn)生變化。精選文檔第 3 章 霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用按被檢測(cè)對(duì)象的性質(zhì)分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測(cè)受檢對(duì)象本身的磁場(chǎng)或磁特性，后者是檢測(cè)受檢對(duì)象上人為設(shè)置的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)是被檢測(cè)的信息的載體。通過(guò)它，將許多非電、非磁的物理量，例如速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等轉(zhuǎn)變成電學(xué)量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和控制。3.1 線性型霍爾傳感器的應(yīng)用線性型霍爾傳感器主要用于一些物理量的測(cè)量。3.1.1 霍爾電流傳感器由于通電螺線管內(nèi)部存

16、在磁場(chǎng)，其大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾傳感器測(cè)量出磁場(chǎng)，從而確定導(dǎo)線中電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器，如圖 3-1 所示。其優(yōu)點(diǎn)是不與被測(cè)電路發(fā)生電接觸，不影響被測(cè)電路，不消耗被測(cè)電源的功率，特別適合于大電流傳感。圖 3-1 電流傳感器霍爾電流傳感器工作原理是：在標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)鐵芯有一個(gè)缺口，將霍爾傳感器插入缺口中，圓環(huán)上繞有線圈，當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，則霍爾傳感器有信號(hào)輸出。霍爾電流傳感器在車用電源系統(tǒng)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電源系統(tǒng)輸出電流的隔離測(cè)量，并通過(guò)反饋控制電源系統(tǒng)的輸出電流。當(dāng)電源的輸出電流接近電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功率輸出時(shí)，電源輸出電流將不再增加，從而限制了電

17、源系統(tǒng)的輸出功率，保護(hù)了電源系統(tǒng)不會(huì)因用電負(fù)載的變化而損壞。精選文檔3.1.2 位移測(cè)量如圖 3-2 所示，將兩塊永久磁鐵同極性相對(duì)放置，將線性型霍爾傳感器置于中間，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，這個(gè)點(diǎn)可作為位移的零點(diǎn)。當(dāng)霍爾傳感器在 Z 軸上作 X 位移時(shí)，傳感器有一個(gè)電壓輸出，電壓大小與位移大小成正比。圖 3-2 位移測(cè)量用線性型霍爾傳感器測(cè)量位移的優(yōu)點(diǎn)是：慣性小、頻響快、工作可靠、壽命長(zhǎng)。 如果把拉力、壓力等參數(shù)變成位移，便可測(cè)出拉力及壓力的大小。如圖 3-3 所示，是按這一原理制成的力傳感器。 圖 3-3 壓力測(cè)量3.1.3 功率測(cè)量在電路中若外加磁場(chǎng)正比于外加電壓，即霍爾電勢(shì)正比于被測(cè)功率，可利

18、用線性霍爾元件進(jìn)行直流功率測(cè)量。該電路適用于直流大功率的測(cè)量。指示儀表一般采用功率刻度的伏特表，霍爾元件采用 N 型鍺材料元件。其測(cè)量誤差一般小于 1。這種功率測(cè)量方法有下列優(yōu)點(diǎn)：由于霍爾電勢(shì)正比于被測(cè)功率，因此可以做成直讀式功率計(jì)；功率測(cè)量范圍可從微瓦到數(shù)百瓦；裝置中設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)部分，輸出和輸入之間相互隔離，穩(wěn)定性好、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、壽命長(zhǎng)、成本低廉。3.2 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的應(yīng)用開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器主要用于測(cè)轉(zhuǎn)數(shù)、測(cè)轉(zhuǎn)速、測(cè)風(fēng)速、測(cè)流速、接近開(kāi)關(guān)、關(guān)門告知器、報(bào)警器、自動(dòng)控制電路等。精選文檔3.2.1 測(cè)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)如圖 3-4 所示，在非磁性材料的圓盤邊上粘一塊磁鋼，開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器放在

19、靠近圓盤邊緣處，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器就輸出一個(gè)脈沖，接入計(jì)數(shù)器，可測(cè)出轉(zhuǎn)數(shù)。若接入頻率計(jì)，便可測(cè)出轉(zhuǎn)速。圖 3-4 測(cè)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)如果把開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在軌道上，當(dāng)裝在運(yùn)動(dòng)車輛上的永磁體經(jīng)過(guò)它時(shí)，可以從測(cè)量電路上測(cè)得脈沖信號(hào)。根據(jù)脈沖信號(hào)的分布可以測(cè)出車輛的運(yùn)動(dòng)速度。3.2.2 接近開(kāi)關(guān)當(dāng)霍爾元件通過(guò)恒定的控制電流，且有磁體近距離接近霍爾元件然后再離開(kāi)時(shí)，元件的霍爾輸出將發(fā)生顯著變化，輸出一個(gè)脈沖霍爾電勢(shì)。利用這種特性可制成接近開(kāi)關(guān)。這種情況下，對(duì)霍爾元件本身的線性和溫度穩(wěn)定性等要求不高，只要有足夠大的輸出即可。另外，作用于霍爾元件的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化值，僅與磁體和元

20、件的相對(duì)位置有關(guān)，與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)，這就使接近開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)既簡(jiǎn)單又可靠。3.2.3 無(wú)刷電機(jī)開(kāi)關(guān)型霍爾元件最具特點(diǎn)的應(yīng)用是在無(wú)刷電機(jī)上。通常的直流電機(jī)采用電刷型整流子供電，這種供電機(jī)構(gòu)工作時(shí)噪聲大，電機(jī)的壽命由于轉(zhuǎn)換器的磨損而大大減短。利用霍爾傳感器代替整流子不僅可以根治電機(jī)的上述弊端，而且可以對(duì)電機(jī)直接調(diào)速。如日本勝利公司的 HR7200 型錄像機(jī)中，采用兩個(gè)霍爾元件和旋轉(zhuǎn)磁鋼構(gòu)成電機(jī)本體，利用霍爾元件去驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)晶閘管，從而通過(guò)控制流過(guò)電機(jī)繞組的電流方向來(lái)完成轉(zhuǎn)向。調(diào)速則通過(guò)同服系統(tǒng)控制定子中的電流來(lái)完成。由于采用電子轉(zhuǎn)向，該電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)十分平穩(wěn)，幾乎無(wú)干擾。3.2.4 各種實(shí)用電路開(kāi)關(guān)型霍爾傳

21、感器尺寸小、工作電壓范圍寬、工作可靠、價(jià)格便宜，因此獲得精選文檔極為廣泛的應(yīng)用。下面列舉兩個(gè)實(shí)用電路加以說(shuō)明：1防盜報(bào)警器圖 3-5 防盜報(bào)警器電路如圖 3-5 所示，將小磁鐵固定在門的邊緣上，將霍爾傳感器固定在門框的邊緣上，讓兩者靠近，即門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，磁鐵靠近霍爾傳感器，輸出端 3 為低電平。當(dāng)門被非法撬開(kāi)時(shí)，霍爾傳感器輸出端 3 為高電平，非門輸出端 Y 為低電平，繼電器 J 吸合，Ja 閉合，蜂鳴器得電后發(fā)出報(bào)警聲音。2公共汽車門狀態(tài)顯示器圖 3-6 公共汽車門狀態(tài)顯示器電路 使用霍爾傳感器，只要再配置一塊小永久磁鐵就很容易做成車門是否關(guān)好的指示器。例如公共汽車的三個(gè)門必須關(guān)閉，司機(jī)

22、才可開(kāi)車。如圖 3-6 所示電路，三片開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器分別裝在汽車的三個(gè)門框上，在車門適當(dāng)位置各固定一塊磁鋼，當(dāng)車門開(kāi)著時(shí)，磁鋼遠(yuǎn)離霍爾開(kāi)關(guān)，輸出端為高電平。若三個(gè)門中有一個(gè)未關(guān)好，則或非門輸出為低電平，紅燈亮，表示還有門未關(guān)好；若三個(gè)門都關(guān)好，則或非門輸出為高電平，綠燈亮，表示車門關(guān)好，司機(jī)可放心開(kāi)車。3.3 霍爾傳感器的一種特殊應(yīng)用等離子自動(dòng)高低調(diào)節(jié)器是切割機(jī)中必不可少的配套設(shè)備，廣泛應(yīng)用于大型裝備制造、造船和切割等領(lǐng)域，其主要功能是保證切割割炬與被切割工件保持最佳切割精選文檔距離，消除由被切割工件的不平度變化引起的加工精度誤差。切割機(jī)在工作過(guò)程中不能準(zhǔn)確獲取切割割炬與鋼板的距離，這就必然

23、影響鋼板的切割質(zhì)量。切割的弧電流強(qiáng)光會(huì)給操作人員造成視覺(jué)疲勞。因此，給出了一種基于霍爾傳感器的設(shè)計(jì)方案，保證切割過(guò)程中割縫寬度均勻，切割精度提高。該設(shè)計(jì)方案利用霍爾效應(yīng)原理產(chǎn)生隨磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生變化的電壓，把變化的電壓送到自動(dòng)高低調(diào)節(jié)器，控制割炬的上升與下降，形成一個(gè)閉環(huán)的自動(dòng)高低調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)由霍爾傳感器、自檢器、高平濾波器、運(yùn)算放大器、比較器、斷弧提升器、模擬開(kāi)關(guān)手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換器、光電耦合器、三態(tài)門互鎖器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及機(jī)械絲桿傳遞定位系統(tǒng)組成。將一塊導(dǎo)體板置于磁場(chǎng)，使磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與板垂直，當(dāng)導(dǎo)體板中流經(jīng)一定電流時(shí)，垂直于磁場(chǎng)和電流方向的導(dǎo)體板的橫向兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生一定的電

24、勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻杺鞲衅魇歉鶕?jù)該原理制成的。圖 3-7 是一個(gè)霍爾傳感器，它共有 4 個(gè)接線端，分別為接地、+5 V，-5 V 和電壓輸出，水電纜通過(guò)中間空心圓。圖 3-7 應(yīng)用到數(shù)控切割中的霍爾傳感器等離子發(fā)生器起弧后，霍爾傳感器采集割炬與鋼板之間的電流，水電纜中的電流穿過(guò)霍爾傳感器，在其周圍產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。向霍爾傳感器預(yù)先施加一恒壓，產(chǎn)生一恒定電流，霍爾傳感器則輸出霍爾電壓。如果切割電流有微小變化，則產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而輸出的霍爾電壓也是變化的，這樣就把切割中的變化電流轉(zhuǎn)化為變化電壓，輸出的霍爾電壓包含有干擾信號(hào)，其高頻信號(hào)的范圍較寬，這就需對(duì)信號(hào)電壓進(jìn)行高頻濾波，從而獲取有用信

25、號(hào)，再將其信號(hào)送至等離子自動(dòng)高低調(diào)節(jié)器。以運(yùn)算放大器 C1 的引腳 1 的輸出電壓作為自檢電壓，并通過(guò)調(diào)節(jié) VR1 改變其輸出電壓，精選文檔也可以模擬霍爾傳感器輸出電壓。割炬定位機(jī)械結(jié)構(gòu)是由霍爾傳感器、水電纜、微動(dòng)開(kāi)關(guān)、觸頭、上夾緊盤、割炬夾、壓縮彈簧、下夾緊盤、信號(hào)線、絲桿、直流電機(jī)組成。上夾緊盤、下夾緊盤和壓縮彈簧夾緊割炬，割炬穿過(guò)割炬夾圓孔。割炬夾圓孔直徑比割炬直徑稍大一些，這樣可在夾圓孔中上下活動(dòng)。由于彈簧和重力的作用，割炬平穩(wěn)垂直地放在割炬夾圓盤上，水電纜穿過(guò)霍爾傳感器，霍爾傳感器采集切割變化的電流，如圖 3-8 所示。割炬定位時(shí)向下運(yùn)動(dòng)，割炬碰到鋼板后，鋼板頂起割炬，這時(shí)割炬與割炬

26、夾產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，彈簧被壓縮，直到割炬觸頭碰到微動(dòng)開(kāi)關(guān) L1。L1 閉合產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)通過(guò)信號(hào)線傳給自動(dòng)高低調(diào)節(jié)器，通過(guò)觸發(fā)單穩(wěn)延時(shí)電路，產(chǎn)生割炬上升定位時(shí)間，也是直流電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)提升割炬時(shí)間。由于割炬的提升，壓縮彈簧逐漸恢復(fù)，如果事先通過(guò)自動(dòng)高低調(diào)節(jié)器設(shè)定割炬提升時(shí)間常數(shù)，從而確定割炬提升后割炬與鋼板的距離，獲到割炬與鋼板的最佳起弧距離。 圖 3-8 割據(jù)定位結(jié)構(gòu)圖霍爾傳感器應(yīng)用到數(shù)控切割中是等離子切割機(jī)一種新的調(diào)節(jié)方法。這種方法不但切割后工件質(zhì)量好，精度達(dá)到要求，同時(shí)還減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)不但可用于常規(guī)的套料切割，還可以用于水下套料切割，省時(shí)、省力、自動(dòng)化程度高，安全可靠，通過(guò)多

27、年的實(shí)際應(yīng)用，使用效果良好。精選文檔總 結(jié)傳感器技術(shù)的發(fā)展是 21 世紀(jì)科技進(jìn)步的一大產(chǎn)物。其中，霍爾傳感器的發(fā)展更是彰顯著科技的力量?；魻杺鞲衅髦饕譃閮深悾壕€性型霍爾傳感器和開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器。線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器、斯密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成，它輸出數(shù)字量。線性型霍爾傳感器主要用于一些物理量的測(cè)量。開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器主要用于測(cè)轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速、風(fēng)速、流速、接近開(kāi)關(guān)、關(guān)門告知器、報(bào)警器、自動(dòng)控制電路等。憑借著高可靠性等優(yōu)勢(shì)，霍爾傳感器在汽車領(lǐng)域贏得了廣泛的應(yīng)用空間。如檢測(cè)齒輪齒速、油門位置、尾氣再循環(huán)閥位置、馬達(dá)與傳動(dòng)的速度和位置，用于防鎖閘、牽引系統(tǒng)的車輪速度、腳踏板