第7章 磁敏传感器.ppt

第7章 磁敏传感器
若磁感应强度B的方向与霍尔片平面法线夹角为θ时，如P127，图8-2所示，此时实际作用于霍尔片的有效磁场是其法线方向的分量，即Bcosθ，其霍尔电势为：
UH＝ KH I B cosθ
注意：当控制电流的方向或密度成比例的特性，可借助于固定元件的控制电流，对磁量以及其他可转换成磁量的电量、机械量和非电量等进行测量和控制。应用这类特性制作的器具有磁通计、电流计、磁读头、位移计、速度计、振动计、罗盘、转速计、无触点开关等。
利用霍尔传感器制作的仪器优点：
(1) 体积小，结构简单、坚固耐用。
(2)无可动部件，无磨损，无摩擦热，噪声小。
(3)装置性能稳定，寿命长，可靠性高。
(4)频率范围宽，从直流到微波范围均可应用。
(5)霍尔器件载流子惯性小，装置动态特性好。
霍尔器件也存在转换效率低和受温度影响大等明显缺点。但是，由于新材料新工艺不断出现，这些缺点正逐步得到克服。
测量磁场的大小和方向
电位差计
mA
E
S
N
R
-24 霍耳磁敏传感器测磁原理示意图
由上式可知，霍尔元件的用途大致分为三类：
（1）控制电流I恒定时，则元件的输出正比于磁感应强度，这种关系可用于测量恒定和交变磁场强度，如高斯计等；
（2）当磁感应强度B恒定时，则元件的输出与控制电流成正比，这方面的应用有测量交、直流的电流表、电压表等；
（3）当元件的控制电流和磁感应强度都变化时，元件输出与两者的乘积成正比，这方面的应用有乘法计、功率计等。
霍尔开关集成传感器是利用霍尔效应与集成电路技术结合而制成的一种磁敏传感器，它能感知一切与磁信息有关的物理量，并以开关信号形式输出。霍尔开关集成传感器具有使用寿命长、无触点磨损、无火花干扰、无转换抖动、工作频率高、温度特性好、能适应恶劣环境等优点。
霍尔开关集成传感器
由稳压电路、霍耳元件、放大器、整形电路、开路输出五部分组成。 稳压电路可使传感器在较宽的电源电压范围内工作；开路输出可使传感器方便地与各种逻辑电路接口。
1．霍耳开关集成传感器的结构及工作原理
霍耳开关集成传感器内部结构框图
2
3
输出
+
－
稳压
VCC
1
霍耳元件
放大
BT
整形
地
H
3020T
输出
Vout
R=2kΩ
+12V
1
2
3
（b）应用电路
（a）外型
霍耳开关集成传感器的外型及应用电路
1
2
3
③采用磁力集中器增加传感器的磁感应强度
在霍耳开关应用时，提高激励传感器的磁感应强度是一个重要方面。除选用磁感应强度大的磁铁或减少磁铁与传感器的间隔距离外，还可采用下列方法增强传感器的磁感应强度。
S
N
磁力集中器
传感器
磁铁
磁力集中器安装示意图
S
N
磁力集中器
传感器
磁铁
铁底盘
在磁铁上安装铁底盘示意图
1．霍耳线性集成传感器的结构及工作原理
霍耳线性集成传感器的输出电压与外加磁场成线性比例关系。这类传感器一般由霍耳元件和放大器组成，当外加磁场时,霍耳元件产生与磁场成线性比例变化的霍耳电压,经放大器放大后输出。在实际电路设计中，为了提高传感器的性能，往往在电路中设置稳压、电流放大输出级、失调调整和线性度调整等电路。霍耳开关集成传感器的输出有低电平或高电平两种状态，而霍耳线性集成传感器的输出却是对外加磁场的线性感应。因此霍耳线性集成传感器广泛用于位置、力、重量、厚度、速度、磁场、电流等的测量或控制。霍耳线性集成传感器有单端输出和双端输出两种，其电路结构如下图。
（六）霍耳线性集成传感器
单端输出传感器的电路结构框图
2
3
输出
+
－
稳压
VCC
1
霍耳元件
放大
地
H
稳压
H
3
VCC
地
4
输出
输出
1
8
6
7
5
双端输出传感器的电路结构框图
单端输出的传感器是一个三端器件，它的输出电压对外加磁场的微小变化能做出线性响应，通常将输出电压用电容交连到外接放大器，将输出电压放大到较高的电平。其典型产品是SL3501T。
双端输出的传感器是一个8脚双列直插封装的器件，它可提供差动射极跟随输出，还可提供输出失调调零。其典型产品是SL3501M。
2．霍耳线性集成传感器的主要技术特性(1)
传感器的输出特性如下图：
磁感应强度B/T





-
-
-
0



输出电压U/V
SL3501T传感器的输出特性曲线