《電子技術(shù)應(yīng)用》
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盤點霍爾傳感器最常見的幾大應(yīng)用領(lǐng)域

2018-09-20
關(guān)鍵詞: 傳感器 元件 脈沖 半導(dǎo)體

霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器?;魻栃?yīng)由霍爾于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機構(gòu)時發(fā)現(xiàn)的。后來發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng),而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬強得多,利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件,廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化技術(shù)、檢測技術(shù)及信息處理等方面?;魻栃?yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。通過霍爾效應(yīng)實驗測定的霍爾系數(shù),能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。

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霍爾器件具有許多優(yōu)點,它們的結(jié)構(gòu)牢固,體積小,重量輕,壽命長,安裝方便,功耗小,頻率高(可達1MHZ),耐震動,不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕?;魻柧€性器件的精度高、線性度好;霍爾開關(guān)器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高。

霍爾傳感器分為線型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器兩種

1、開關(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)器和輸出級組成,它輸出數(shù)字量。開關(guān)型霍爾傳感器還有一種特殊的形式,稱為鎖鍵型霍爾傳感器。

2、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。線性霍爾傳感器又可分為開環(huán)式和閉環(huán)式。閉環(huán)式霍爾傳感器又稱零磁通霍爾傳感器。線性霍爾傳感器主要用于交直流電流和電壓測量。

霍爾傳感器的特性

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按被檢測的對象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為:直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性,后者是檢測受檢對象上人為設(shè)置的磁場,用這個磁場來作被檢測的信息的載體,通過它,將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、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)生變化的時間等,轉(zhuǎn)變成電量來進行檢測和控制。

位移測量:兩塊永久磁鐵同極性相對放置,將線性型霍爾傳感器置于中間,其磁感應(yīng)強度為零,這個點可作為位移的零點,當(dāng)霍爾傳感器在Z軸上作△Z位移時,傳感器有一個電壓輸出,電壓大小與位移大小成正比。

力測量:如果把拉力、壓力等參數(shù)變成位移,便可測出拉力及壓力的大小,按這一原理可制成的力傳感器。

角速度測量:在非磁性材料的圓盤邊上粘一塊磁鋼,霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處,圓盤旋轉(zhuǎn)一周,霍爾傳感器就輸出一個脈沖,從而可測出轉(zhuǎn)數(shù),若接入頻率計,便可測出轉(zhuǎn)速。

線速度測量:如果把開關(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)裝在運動車輛上的永磁體經(jīng)過它時,可以從測量電路上測得脈沖信號。根據(jù)脈沖信號的分布可以測出車輛的運動速度。

霍爾傳感器最常見的三大應(yīng)用領(lǐng)域

一、霍爾傳感器在汽車工業(yè)上的應(yīng)用

霍爾傳感器技術(shù)在汽車工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用,包括動力、車身控制、牽引力控制以及防抱死制動系統(tǒng)。為了滿足不同系統(tǒng)的需要,霍爾傳感器有開關(guān)式、模擬式和數(shù)字式傳感器三種形式。

霍爾傳感器可以采用金屬和半導(dǎo)體等制成,效應(yīng)質(zhì)量的改變?nèi)Q于導(dǎo)體的材料,材料會直接影響流過傳感器的正離子和電子。制造霍爾元件時,汽車工業(yè)通常使用三種半導(dǎo)體材料,即砷化鎵、銻化銦以及砷化銦。最常用的半導(dǎo)體材料當(dāng)屬砷化銦?;魻杺鞲衅鞯男问?jīng)Q定了放大電路的不同,其輸出要適應(yīng)所控制的裝置。這個輸出可能是模擬式,如加速位置傳感器或節(jié)氣門位置傳感器,也可能是數(shù)字式。如曲軸或凸輪軸位置傳感器。

當(dāng)霍爾元件用于模擬式傳感器時,這個傳感器可以用于空調(diào)系統(tǒng)中的溫度表或動力控制系統(tǒng)中的節(jié)氣門位置傳感器?;魻栐c微分放大器連接,放大器與NPN晶體管連接。磁鐵固定在旋轉(zhuǎn)軸上,軸在旋轉(zhuǎn)時,霍爾元件上的磁場加強。其產(chǎn)生的霍爾電壓與磁場強度成比例。

當(dāng)霍爾元件用于數(shù)字信號時,例如曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器或車速傳感器,必須首先改變電路?;魻栐c微分放大器連接,微分放大器與施密特觸發(fā)器連接。在這種配置中。傳感器輸出一個開或關(guān)的信號。在多數(shù)汽車電路中,霍爾傳感器是電流吸收器或者使信號電路接地。要完成這項工作,需要一個NPN晶體管與施密特觸發(fā)器的輸出連接。磁場穿過霍爾元件,一個觸發(fā)器輪上的葉片在磁場和霍爾元件之間通過。

二、霍爾傳感器在出租車計價器上的應(yīng)用

霍爾傳感器在出租車計價器上的應(yīng)用:通過安裝在車輪上的霍爾傳感器A44E檢測到的信號,送到單片機,經(jīng)處理計算,送給顯示單元,這樣便完成了里程計算。檢測原理,P3.2口作為信號的輸入端,內(nèi)部采用外部中斷0,車輪每轉(zhuǎn)一圈(設(shè)車輪的周長是1 m),霍爾開關(guān)就檢測并輸出信號,引起單片機的中斷,對脈沖計數(shù),當(dāng)計數(shù)達到1 000次時,也就是1 km,單片機就控制將金額自動增加。

每當(dāng)霍爾傳感器輸出一個低電平信號就使單片機中斷一次,當(dāng)里程計數(shù)器對里程脈沖計滿1 000次時,就有程序?qū)?dāng)前總額累加,使微機進入里程計數(shù)中斷服務(wù)程序中。在該程序中,需要完成當(dāng)前行駛里程數(shù)和總額的累加操作,并將結(jié)果存入里程和總額寄存器中。

三、霍爾電流傳感器在變頻器上的應(yīng)用

在有電流流過的導(dǎo)線周圍會感生出磁場,再用霍爾器件檢測由電流感生的磁場,即可測出產(chǎn)生這個磁場的電流的量值。由此就可以構(gòu)成霍爾電流、電壓傳感器。因為霍爾器件的輸出電壓與加在它上面的磁感應(yīng)強度以及流過其中的工作電流的乘積成比例,是一個具有乘法器功能的器件,并且可與各種邏輯電路直接接口,還可以直接驅(qū)動各種性質(zhì)的負載。因為霍爾器件的應(yīng)用原理簡單,信號處理方便,器件本身又具有一系列的獨特優(yōu)點,所以在變頻器中也發(fā)揮了非常重要的作用。

在變頻器中,霍爾電流傳感器的主要作用是保護昂貴的大功率晶體管。由于霍爾電流傳感器的響應(yīng)時間短于1μs,因此,出現(xiàn)過載短路時,在晶體管未達到極限溫度之前即可切斷電源,使晶體管得到可靠的保護。

隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,霍爾傳感器的發(fā)揮空間也越來越大,但對它的穩(wěn)定性和安全性要求也更高,畢竟工業(yè)不同于消費領(lǐng)域,不允許機器突然斷電或停止運行。根據(jù)市場需求,未來的霍爾傳感器將更小,這樣才能滿足更多應(yīng)用領(lǐng)域,同時智能化,這樣才能滿足大數(shù)據(jù)時代的物聯(lián)網(wǎng)需求。


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