智能傳感與檢測(cè)技術(shù) 課件 第7章霍爾傳感器與其他磁敏傳感器

機(jī)械工業(yè)出版社CHINAMACHINEPRESS霍爾傳感器與其他磁敏傳感器第7章智能傳感與檢測(cè)技術(shù)徐小華主編

ISBN978-7-111-76072-6霍爾傳感器與其他磁敏傳感器7智能傳感與檢測(cè)技術(shù)霍爾效應(yīng)7.1霍爾元件及特性參數(shù)7.2

集成霍爾傳感器7.3霍爾傳感器的應(yīng)用實(shí)例7.4其他磁敏傳感器7.5霍爾傳感器與其他磁敏傳感器07將金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I通過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)UH，這種物理現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。7.1霍爾效應(yīng)智能傳感與檢測(cè)技術(shù)霍爾傳感器與其他磁敏傳感器07霍爾電勢(shì)UH與輸入電流I及磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，其靈敏度KH與霍爾系數(shù)RH成正比而與霍爾片厚度d成反比。所以，為了提高靈敏度，霍爾元件常制成薄片形狀。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向改變時(shí)，霍爾電勢(shì)的方向也隨之改變。如果所施加的磁場(chǎng)為交變磁場(chǎng)，則霍爾電勢(shì)為同頻率的交變電動(dòng)勢(shì)。7.1霍爾效應(yīng)智能傳感與檢測(cè)技術(shù)霍爾傳感器與其他磁敏傳感器7智能傳感與檢測(cè)技術(shù)7.2霍爾元件及特性參數(shù)7.2.1霍爾元件霍爾片是一塊矩形半導(dǎo)體單晶薄片，引出4個(gè)引線，a、b兩根引線加激勵(lì)電壓或電流，稱(chēng)為激勵(lì)電極；c、d引線為霍爾輸出引線，稱(chēng)為霍爾電極?；魻杺鞲衅髋c其他磁敏傳感器7智能傳感與檢測(cè)技術(shù)霍爾元件的基本檢測(cè)電路圖霍爾元件的輸出電路圖霍爾傳感器與其他磁敏傳感器7智能傳感與檢測(cè)技術(shù)7.2.2霍爾元件的主要特性參數(shù)(1)霍爾元件的靈敏度系數(shù)KH。(2)額定激勵(lì)電流IN和最大允許激勵(lì)電流Imax。(3)輸入電阻Ri、輸出電阻RO。（4）霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)ɑ。霍爾傳感器與其他磁敏傳感器7智能傳感與檢測(cè)技術(shù)7.3集成霍爾傳感器1.線性集成霍爾傳感器線性集成霍爾傳感器主要由霍爾元件、恒流源、放大電路組成，由恒流源提供穩(wěn)定的激勵(lì)電流，霍爾電勢(shì)輸出接入放大電路，輸出電壓較高，應(yīng)用廣泛。集成電路的輸出電壓與霍爾元件感受的磁場(chǎng)變化近似呈線性關(guān)系。

霍爾傳感器與其他磁敏傳感器7智能傳感與檢測(cè)技術(shù)2.開(kāi)關(guān)集成霍爾傳感器常用的開(kāi)關(guān)集成霍爾傳感器內(nèi)部元件由霍爾元件、放大電路、施密特觸發(fā)器等部分組成。穩(wěn)壓電路可使傳感器在較寬的電源電壓范圍內(nèi)工作，開(kāi)關(guān)輸出可使該電路方便地與各邏輯電路連接。

霍爾傳感器與其他磁敏傳感器7智能傳感與檢測(cè)技術(shù)7.4霍爾傳感器的應(yīng)用實(shí)例7.4.1金屬零件霍爾計(jì)數(shù)裝置當(dāng)鋼球通過(guò)霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的上方時(shí)，傳感器可輸出峰值20mV的脈沖電壓，該電壓經(jīng)運(yùn)算放大器A（）放大后，驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體三極管VT(2N5812)工作，VT輸出端便可接計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，并通過(guò)顯示器顯示檢測(cè)數(shù)值。霍爾傳感器與其他磁敏傳感器7智能傳感與檢測(cè)技術(shù)7.4.2霍爾式無(wú)觸點(diǎn)汽車(chē)電子點(diǎn)火裝置霍爾式無(wú)觸點(diǎn)電子點(diǎn)火裝置安裝在分電器殼體中，它由觸發(fā)器葉片、永久磁鐵、霍爾IC及達(dá)林頓晶體管等組成。導(dǎo)磁性良好的觸發(fā)器葉片固定在分電器轉(zhuǎn)軸上，并隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。在葉片圓周上按氣缸數(shù)目開(kāi)出相應(yīng)的槽口。葉片在永久磁鐵和霍爾IC之間的縫隙中旋轉(zhuǎn)，起屏蔽磁場(chǎng)和導(dǎo)通磁場(chǎng)的作用。

霍爾傳感器與其他磁敏傳感器7智能傳感與檢測(cè)技術(shù)7.5其他磁敏傳感器7.5.1磁敏電阻1．磁阻效應(yīng)及磁敏電阻常用的磁敏電阻由銻化銦薄片組成。未加磁場(chǎng)時(shí)，輸人電流從a端流向b端，內(nèi)部的電子e從b電極流向a電極，這時(shí)電阻值較??；當(dāng)磁場(chǎng)垂直施加到銻化銦薄片上時(shí)，載流子（電子）受到洛侖茲力的影響，而向側(cè)面偏移，電子所經(jīng)過(guò)的路程比未受磁場(chǎng)影響時(shí)的路程長(zhǎng)，從外電路來(lái)看，表現(xiàn)為電阻值增大。

霍爾傳感器與其他磁敏傳感器7智能傳感與檢測(cè)技術(shù)2.磁敏電阻的基本特性

圖7-13磁敏電阻的R-B曲線

圖7-14溫度補(bǔ)償電路霍爾傳感器與其他磁敏傳感器7智能傳感與檢測(cè)技術(shù)7.5.2磁敏二極管1．磁敏二極管結(jié)構(gòu)和工作原理當(dāng)磁敏二極管未受到外界磁場(chǎng)作用，且外加如圖7-16a所示的正偏壓時(shí)，則有大量的空穴從P區(qū)通過(guò)I區(qū)進(jìn)入N區(qū)，同時(shí)也有大量電子注入P區(qū)而形成電流。只有一部分電子和空穴在I區(qū)復(fù)合掉。霍爾傳感器與其他磁敏傳感器7智能傳感與檢測(cè)技術(shù)7.5.3磁敏晶體管1.磁敏晶體管的工作原理磁敏晶體管工作原理與磁敏二極管是相同的，磁敏晶體管也具有r區(qū)和I區(qū)，并增加了基極、發(fā)射極和集電極。霍爾傳感器與其他磁敏傳感器7智能傳感與檢測(cè)技術(shù)7.5.3磁敏晶體管2.磁敏晶體管的主要特性圖7-18磁敏晶體管的磁電特性曲線圖7-19磁敏晶體管的伏安特性曲線霍爾傳感器與其他磁敏傳感器7根據(jù)鐵磁物體對(duì)地磁的擾動(dòng)，可檢測(cè)車(chē)輛的存在，也可以根據(jù)不同車(chē)輛對(duì)地磁產(chǎn)生的不同擾動(dòng)來(lái)識(shí)別車(chē)輛類(lèi)型。其靈敏度可以達(dá)到1mV/Gs，在15m之外或更遠(yuǎn)的地方檢測(cè)到有無(wú)汽車(chē)通過(guò)。典型的應(yīng)用包括自動(dòng)開(kāi)門(mén)、路況監(jiān)測(cè)、停車(chē)場(chǎng)檢測(cè)、車(chē)輛位置監(jiān)測(cè)和紅綠燈控制等。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)7.5.4磁敏傳感器的應(yīng)用實(shí)例1.磁敏電阻的應(yīng)用

霍爾傳感器與其他磁敏傳感器07磁敏二極管漏磁探傷儀是利用磁敏二極管可以檢測(cè)微弱磁場(chǎng)變化的特性而設(shè)計(jì)的。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)7.5.4磁敏傳感器的應(yīng)用實(shí)例磁敏二極管漏磁探傷原理

待測(cè)物置于探頭4之下，并使之連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)激勵(lì)線圈2激磁后，鋼棒1被磁化。若鋼棒無(wú)損傷，則鐵芯3和