開關(guān)型霍爾傳感器的應(yīng)用原理

集成開關(guān)型霍爾傳感器特性

與簡(jiǎn)諧振動(dòng)實(shí)驗(yàn)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，測(cè)量方法也不斷進(jìn)步，70年代初，光電技術(shù)迅速發(fā)展，光敏傳感器計(jì)時(shí)技術(shù)在工業(yè)和家用電器中得到大量應(yīng)用。90年代初，集成霍爾傳感器技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。各種性能的集成霍爾傳感器不斷涌現(xiàn)，在工業(yè)、交通、通信等領(lǐng)域的自動(dòng)控制中得到廣泛的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)將學(xué)習(xí)集成開關(guān)型霍爾傳感器的特性，并用該傳感器測(cè)量彈簧振子的振動(dòng)周期。集成開關(guān)型霍爾傳感器測(cè)量周期的優(yōu)點(diǎn)是裝置體積小，可靠性強(qiáng)，價(jià)格低廉，特別是它隔著介質(zhì)（非磁介質(zhì)）仍能工作，這些是光電傳感器很難做得到的，因而有廣泛的應(yīng)用前景。實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^測(cè)量彈簧振子振動(dòng)周期，掌握霍爾傳感器的特性。了解其在自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)控制中的應(yīng)用。測(cè)量彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)，研究彈簧振子運(yùn)動(dòng)規(guī)律。測(cè)量集成開關(guān)型霍爾傳感器的特性，掌握集成霍爾傳感器的使用方法。用集成開關(guān)型霍爾傳感器設(shè)計(jì)測(cè)量角度、轉(zhuǎn)速、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、液位控制等有關(guān)應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)原理1.位移法測(cè)彈簧倔強(qiáng)系數(shù)彈簧在外力作用下將產(chǎn)生形變（即伸長(zhǎng)或縮短）。在彈性限度內(nèi)，外力F和它的變形量成正比，即：

即胡克定律，比例系數(shù)K稱為彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)，其值與彈簧的形狀，材料有關(guān)。若改變施加在彈簧上的外力，并測(cè)量相應(yīng)的形變量，即可通過該式推算該彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)K。實(shí)驗(yàn)原理2.周期法測(cè)彈簧倔強(qiáng)系數(shù)質(zhì)量為M的物體系于一輕彈簧的自由端，并放置在光滑的水平臺(tái)面上，彈簧的另一端固定，這就構(gòu)成一個(gè)彈簧振子。彈簧振子將在平衡點(diǎn)附近來回作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，其周期為：實(shí)際上彈簧本身具有質(zhì)量M0，它必對(duì)周期產(chǎn)生影響，可修正為式中P是一個(gè)介于0與1之間的系數(shù)（0<P<1），其準(zhǔn)確值可以通過實(shí)驗(yàn)予以確定，對(duì)柱形彈簧P

1/3。PM0稱為彈簧的有效質(zhì)量（亦稱折合質(zhì)量）。實(shí)驗(yàn)原理3.霍爾效應(yīng)及集成開關(guān)型霍爾傳感器原理一般霍爾器件是四端器件，有兩個(gè)電流控制極和兩個(gè)輸出極。兩個(gè)電流控制極分別焊接在霍爾片與y軸平行的兩個(gè)側(cè)面上，而兩個(gè)輸出極則在與x軸平行的兩側(cè)面中央焊接引出。如果給霍爾器件的電流控制極通以控制電流IC，并在其所在平面的法線方向（即z軸方向）上加以磁應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，那么載流子受洛倫茲力作用在兩側(cè)面間產(chǎn)生電位差VH，稱為霍爾電壓或霍爾電勢(shì)。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)原理開關(guān)型霍爾傳感器（集成霍爾開關(guān)）是把霍爾片產(chǎn)生的霍爾電壓VH放大后驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路，輸出電壓是能反映B的變化的方脈沖。集成霍爾開關(guān)由穩(wěn)壓器、霍爾電勢(shì)發(fā)生器（即硅霍爾片）、差分放大器、施密特觸發(fā)器和OC門輸出五個(gè)基本部分組成。在輸入端（1、2之間）輸入電壓Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾發(fā)生器的兩電流端。根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)霍爾片處于磁場(chǎng)中時(shí)，霍爾發(fā)生器的兩電壓端將會(huì)有一個(gè)霍爾電勢(shì)差VH輸出。VH經(jīng)放大器放大以后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到OC門輸出。實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)外磁場(chǎng)B達(dá)到“工作點(diǎn)”Bop時(shí)，觸發(fā)器輸出高電平（相對(duì)于地電位），三極管導(dǎo)通，此時(shí)，OC門輸出端輸出低電平，通常稱這種狀態(tài)為“開”；當(dāng)外磁場(chǎng)B達(dá)到“釋放點(diǎn)”Brp時(shí)，觸發(fā)器輸出低電平，三極管截止，OC門輸出高電平，這時(shí)稱其為“關(guān)”狀態(tài)。本實(shí)驗(yàn)就是利用磁鋼與霍爾傳感器之間的距離周期性改變來測(cè)量彈簧的振動(dòng)周期的，把這些開關(guān)信號(hào)（方脈沖）送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)就能測(cè)出振動(dòng)的周期數(shù)。Bop與Brp是有一定差值的，此差值BH=Bop