霍尔位置传感器原理和应用.docx

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霍尔位置传感器原理和应用

霍尔位置传感器原理和应用

一．霍尔位置传感器的特点：

霍尔位置传感器是一种检测物体位置的磁场传感器。

用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。

霍尔位置传感器以霍尔效应原理为其工作基础。

霍尔位置传感器具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。

霍尔位置传感器开关型输出的具有无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。

采取了各种补偿和保护措施的霍尔位置传感器的工作温度范围可达到－55℃～150℃。

按照霍尔位置传感器的功能可将它们分为:

霍尔线性型传感器和霍尔开关型传感器。

前者输出模拟量，后者输出数字量。

霍尔位置传感器通过它对磁场变化的测量，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制，因而有着广泛的用途。

二．霍尔位置传感器的原理：

2.1霍尔效应和霍尔元件

在一块通电的半导体薄片上，加上和片子表面垂直的磁场B，在薄片的横向两侧会出现一个电压，如图1中的VH，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。

VH称为霍尔电压。

这种现象的产生，是因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下，分别向片子横向两侧偏转和积聚，因而形成一个电场，称作霍尔电场。

霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。

这时，片子两侧建立起一个稳定的电压，这就是霍尔电压，这个半导体薄片称为霍尔元件。

 霍尔元件可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP等等。

2.2  霍尔集成电路 

霍尔集成电路是将一个霍尔元件 和电压放大电路、信号处理电路集成在同一个硅芯片上，生产出单片霍尔集成电路，它又分为霍尔线性电路和霍尔开关电路。

2.3霍尔位置传感器

霍尔位置传感器采用霍尔元件、霍尔开关电路、霍尔线性电路以及各种补偿和保护电路和磁路组件组合成霍尔位置传感器。

霍尔位置传感器包括：

霍尔位置基准传感器、霍尔零位传感器、霍尔行程传感器、霍尔齿轮传感器、霍尔接近开关等等。

⏹三．霍尔位置传感器的应用

⏹3.1霍尔接近开关的应用

⏹霍尔接近开关是由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级以及各种补偿和保护电路组成。

在外磁场的作用下，当磁感应强度超过导通阈值BOP时，霍尔接近开关输出管导通，输出低电平。

之后，B再增加，仍保持导通态。

若外加磁场的B值降低到BRP时，输出管截止，输出高电平。

我们称BOP为工作点，BRP为释放点，BOP－BRP=BH称为回差。

回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强

⏹3.1.1霍尔接近开关工作磁体的设置 方法：

⏹工作磁体和霍尔接近开关间的运动方式有：

⏹（a）对移；（b）侧移；（c）旋转；（d）隔断

⏹（e）锁定。

（a）对移

（b）侧移；

（c）旋转

（d）隔断

隔断铁片可以做成不同的形状，对应的输出有不同的脉冲信号

（e）锁定;

3.1.2霍尔接近开关的输出接口

3.2霍尔位置基准传感器、霍尔零位传感器原理与应用

3.2.1霍尔零位传感器的原理

零位传感器的方框图

：

由于采用了过零点触发，故传感器定位精度高，温度稳定性能好，满足了绝对零点高精度定位的要求；

采用高斜率磁场强度变化曲线的磁路组件

3.3霍尔齿轮传感器的应用

霍尔齿轮传感器是一种直接测试导磁金属磁轮的传感器，用户不需要在动作部分安装工作磁体，具有体积小、测速精度高，并可以测“零”转速，是一种测速的好方法。

霍尔齿轮传感器测速示意图：

霍尔齿轮传感器磁路原理图：

霍尔齿轮传感器线路原理图

齿轮传感器的典型应用

1.齿轮触发.2.齿条触发.3.凸轮触发

霍尔角度传感器示意图：

电磁自锁阀霍尔信号传感器