霍爾傳感器ppt

1、答辯課題：交流激勵時霍爾傳感器的位移特性 答辯人： 物教1101 概述 霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)的一種傳感器。1879年美國物理學(xué)霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)。 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件，由于它的霍爾效應(yīng)顯著而得到應(yīng)用和發(fā)展。 霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)將被測量（如電流、磁場、位移、壓力、壓差、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電動勢輸出的傳感器。 霍爾式傳感器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、堅(jiān)固、頻率響應(yīng)寬、動態(tài)范圍大、非接觸、使用壽命長、可靠性高、易于微型化和集成化。在測量技術(shù)、自動化技術(shù)和信息處理得到了廣泛的應(yīng)用。u現(xiàn)象現(xiàn)象 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng) 在長方形導(dǎo)體薄板上通以電流，沿電流的垂直方向在長方形

2、導(dǎo)體薄板上通以電流，沿電流的垂直方向施加磁場，就會在與電流和磁場兩者垂直的方向上產(chǎn)生施加磁場，就會在與電流和磁場兩者垂直的方向上產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢差稱為電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢差稱為霍爾電壓?；魻栯妷?。u理論分析理論分析磁場中運(yùn)動載流子受洛倫茲力作用電荷聚集形成電場電場力與洛倫茲力達(dá)到平衡，形成穩(wěn)定電壓UHBfSIvbdEfHUbUqBqHv又考慮到又考慮到( (n n為載流子濃度為載流子濃度) )dbnqISvbUqBqHvdBInqUSH1BIKUSHH即：即：qd)稱為霍爾元件的靈敏度稱為霍爾元件的靈敏度為流過霍爾元件的電流，即其工作電流為流

3、過霍爾元件的電流，即其工作電流實(shí)驗(yàn)?zāi)康?在一定的工作電流I下，霍爾電壓U與外磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比。這就是霍爾效應(yīng)檢測磁場的原理。 在一定的外磁場中，霍爾電壓U與通過霍爾片的電流強(qiáng)度I（工作電流）成正比。這就霍爾效應(yīng)檢測電流的原理。HHSUBK I 基本測試電路基本測試電路HSHUIBK實(shí)驗(yàn)?zāi)康?如果保持霍爾元件的電流I不變而使其在一均勻梯度的磁場中移動時，則輸出的霍爾電勢差變化量為 上式中 為位移量， 為常數(shù)時， 與 成正比。ZdZdBKIUHZdZdBHUZ如果工作電流是振幅與頻率一定的交變電流， 與 會有什么關(guān)系呢？HUZ上圖是實(shí)驗(yàn)冊提供的測量電路圖，我工作的第一步是搞清楚電路圖中各部分

4、的作用。實(shí)驗(yàn)原理霍爾傳感器副效應(yīng)不等位電勢U0I1r2r3r4r4123不等位電勢示意圖U0r4r2r3r1霍爾元件的等效電路I2431實(shí)驗(yàn)原理 根據(jù)前面對霍爾效應(yīng)的副效應(yīng)不等位電勢的介紹，這里電橋平衡網(wǎng)絡(luò)的作用是：消除不等位電勢的影響，即使U =0。 驗(yàn)證方法：按上圖連接電路，但霍爾片不置于磁場中，霍爾電壓經(jīng)差動放大器接入示波器，調(diào)節(jié)W1、W2觀察波形是否變化。0實(shí)驗(yàn)步驟（1）將霍爾磁場固定在振動盤上，調(diào)節(jié)振動盤與霍爾片之間的位置，（不可有任何接觸，以免將霍爾傳感器損壞。）裝上并調(diào)節(jié)測微頭與振動盤吸合，使霍爾片剛好處于磁場的中間位置；（2）差動放大器調(diào)零：V+接至直流恒壓源的+15V,V-接

5、至-15V,調(diào)零模塊的GND與差動放大器模塊的GND相連，VREF與VREF相連，V+與V+相連，再用導(dǎo)線將差動放大器的輸入端同相端VP（）、反相端VN（）與地短接。用萬用表測差動放大器輸出端的電壓；開啟直流恒壓源；調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕使萬用表顯示為零。實(shí)驗(yàn)步驟（3）按電路圖接線，霍爾片上的A、B、C、D與霍爾式上的一一對應(yīng)；打開直流恒壓源，將音頻振蕩器的輸出幅度調(diào)到5VP-P左右，差放增益置合適位置。利用示波器和萬用表調(diào)整好W1、W2、移相器及振動盤與霍爾片之間的位置，再轉(zhuǎn)動測微頭，使其在某個位置時萬用表顯示為0，也可以調(diào)節(jié)音頻幅度。萬用表置20V檔。困難：由于對電路圖中的相敏檢波器等作用無法完全理

6、解所以在調(diào)節(jié)W1、W2、移相器時無法判斷是否調(diào)節(jié)好。但調(diào)節(jié)過程中觀察到的現(xiàn)象是：1）一路信號是正弦波信號，二路信號也具有明顯周期。2）調(diào)節(jié)W1可以明顯看到二路信號幅度的改變及電壓表讀數(shù)的變化。3）調(diào)節(jié)W2與移相器兩波形變化都不明顯。反思：沒有及時解決問題，后來發(fā)現(xiàn)網(wǎng)上沒有想過的資料，才發(fā)現(xiàn)自己沒有及時向老師請教。實(shí)驗(yàn)步驟要點(diǎn) 測位移使用測微頭時，當(dāng)來回調(diào)節(jié)微分筒使測桿產(chǎn)生位移的過程中本身存在機(jī)械回程差，為消除這種機(jī)械回差可用單行程位移方法實(shí)驗(yàn)：順時針調(diào)節(jié)測微頭的微分筒4周，記錄電壓表讀數(shù)作為位移起點(diǎn)。以后，反方向（逆時針方向）調(diào)節(jié)測微頭的微分筒（0.01mm/每小格），每隔X=0.1mm（總位

7、移可取4mm）從電壓表上讀出輸出電壓V值，將讀數(shù)填入表中（這樣可以消除測微頭的機(jī)械回差）。 實(shí)驗(yàn)電路圖中的相關(guān)元件有需要接DH-VC215V、接地的不要忘記。（4）旋動測微頭，每隔0.1mm記下表頭讀數(shù)分析與討論根據(jù)測得的數(shù)據(jù)在matlab軟件中畫出U-X曲線如圖，其中直線為數(shù)據(jù)擬合曲線。靈敏度S是指傳感器的輸出量增量U 與引起輸出量增量U的輸入量增量X的比值, 即 S=U/X=-0.0021（v/mm） 霍爾式位移特性解釋霍爾式位移特性解釋HUkx霍爾元件處于中間位置位移x=0時，由于B=0，所以UH=0霍爾元件右移, x0，合成磁感應(yīng)強(qiáng)度B向左,B0， UH0 霍爾元件左移，x0，合成磁感應(yīng)強(qiáng)度B向右,B0，UH0。霍爾效應(yīng)建立的時間極短（10-1210-14S），I 即可以是直流，也可以是交流。但交流情況下輸出的信號也是一定頻率、振幅的交流信號。討論那么我們這里對交流激勵霍爾傳感器靜態(tài)位移特性研究的意義在哪呢？1）驗(yàn)證交流激勵下，霍爾片在磁場中的移動仍符合靜態(tài)位移特性U與X為線性關(guān)系。2）交流激勵下，輸出的霍爾電壓也是交流的，可以有不同于直流情況下的一些特性。當(dāng)我們改變交流信號就可以研究霍爾傳感器的動態(tài)特性。測量電路部分：將實(shí)驗(yàn)冊