霍尔式加速度传感器

13霍尔压力变送器霍尔式传感器的测试项目描述•图13-1是我国自主研发、生产的YSH-1型霍尔压力变送器。

该变送器适用于测量对铜及铜合金不起腐蚀作用的、非结晶和非凝固的液体或蒸汽的压力及负压，由于变送器能将各种被测压力转换成0～20mV的信号，因此变送器与二次仪表配套使用可以对冶金、电力、石油、化工工业部门实现远程控制和集中检测的目的，和调节器配套使用可以实现对系统的自动调节目的。

一、霍尔效应及霍尔元件»1．霍尔效应•将金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场（磁场方向垂直与薄片）中，如图13-2所示，当有电流I通过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势U，这种物理现H象成为霍尔效应。

该电势U称为霍尔电势。

H霍尔效应演示dabc当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。

2022/2/64•位于磁感应强度为B的磁场中，B垂直于L-W平面，沿L通电流I，N型半导体的载流体—电子将受到B产生的洛仑兹的作用力FL•在力F的作用下，电子向半导体片的一个侧面偏转，在该L侧面上形成电子的积累，而在相对的另一侧面上因缺少电子而出现等量的正电荷。

在这两个侧面上产生霍尔电场EH 。

该电场使运动电子受有电场力FE•电场力阻止电子继续向原侧面积累，当电子所受电场力和洛仑兹力相等时，电荷的积累达到动态平衡，由于存在EH，称为霍尔电势，半导体片两侧面间出现电位差UH•如果磁场与薄片法线夹角为，那么•又因R=μρ，即霍尔系数等于霍尔片材料的电阻率ρ与电子H迁移率μ的乘积。

一般金属材料载流子迁移率很高，而电阻率很小；而绝缘材料电阻率极高，而载流子迁移率极低。

故只有半导体材料适于制造霍尔片。

目前常用的霍尔元件材料有锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材料2．霍尔元件•霍尔元件的结构很简单，它由霍尔片、引线和壳体组成•霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出4个引线，a、b两根引线加激励电压或电流，称为激励电极；c、d引线为霍尔输出引线，称为霍尔电极，如图13-3（b）所示。

3.2 霍尔传感器霍尔传感器是利用霍尔元件的霍尔效应制作的半导体磁敏传感器。

半导体磁敏传感器是指电参数按一定规律随磁性量变化的传感器，常用的磁敏传感器有霍尔传感器和磁敏电阻传感器。

除此之外还有磁敏二极管、磁敏晶体管等。

磁敏器件是利用磁场工作的，因此可以通过非接触方式检验，这种方式可以保证使用寿命长、可靠性高。

利用磁场作为媒介可以检测很多物理量，例如：位移、振动、力、转速、加速度、流量、电流、电功率等。

它不仅可以实现非接触测量，并且不从磁场中获取能量。

在很多情况下，可采用永久磁铁来产生磁场，不需要附加能量，因此这一类传感器获得极为广泛的应用。

3.2.1霍尔效应1879年霍尔发现，在通有电流的金属板上加一均强磁场，当电流方向与磁场方向垂直时，在与电流和磁场都垂直的金属板的两表面间出现电势差，这个现象称为霍尔效应，这个电势差称为霍尔电动势，其成因可用带电粒子在磁场中所受到的洛伦兹力来解释。

如图3.11所示，将金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，当有电流流过薄片时，电子受到洛伦兹力F的作用向一侧偏移，电子向一侧堆积形成电场，该电场对电子又产生电场力。

电子积累越多，电场力越大。

洛伦兹力的方向可用左手定则判断，它与电场力的方向恰好相反。

当两个力达到动态平衡时，在薄片的AB方向建立稳定电场，即霍尔电动势。

激励电流越大，磁场越强，电子受到的洛仑兹力也越大，霍尔电动势也就越高。

其次，薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度等因素对霍尔电动势也有影响。

霍尔电动势（mV）的数学表达式为=（3.9）EKIBHHK[mV/(mA·T)]——霍尔元件的灵敏度系数。

式中：H霍尔电动势与输入电流I、磁感应强度B成正比，且当I或B的方向改变时，霍尔电动势的方向也随之改变。

如果磁场方向与半导体薄片不垂直，而是与其法线方向的夹角为θ，则霍尔电动势为θE=（3.10）KcosIBHH图3.11 霍尔效应（a）图形符号（b）外形图图3.12 霍尔元件3.2.2霍尔元件由于导体的霍尔效应很弱，霍尔元件都用半导体材料制作。

霍尔传感器霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。

霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。

后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。

霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。

通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

霍尔效应在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为H的霍尔电压U霍尔元件根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。

它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。

霍尔传感器的分类霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。

(1)线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。

(2)开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。

按照霍尔器件的功能可将它们分为: 霍尔线性器件和霍尔开关器件。

前者输出模拟量，后者输出数字量。

按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。

前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，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。

用单片机测量电磁场1.硬件设计硬件电路应包括：单片机接口电路、设定值输入（工作点磁感应强度设定值）、检测信号输入、控制输出和显示等部分。

汽车电子技术:霍尔（Hall）加速度传感器解析
带有防抱死制动系统（ABS）、驱动防滑砖控制（ASR）、四轮驱动或带有
电子稳定性程序（ESP）的汽车，除了车轮传感器外都装有Hall 加速度传感器，以测量汽车行驶时的纵向和横向的加速度。

霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，已发展成一个品种多样的磁
传感器产品族，并已得到广泛的应用。

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。

霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。

霍尔器件具有许多优点，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，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。

霍尔器件和工作磁体间的运动方式
霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输
出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。

取用了各种补偿和保护措施
的霍尔器件的工作温度范围宽。

按照霍尔器件的功能可将它们分为：霍尔线性器件和霍尔开关器件。

前者输出模拟量，后者输出数字量。

在霍尔器件背面放置磁体
按被检测的对象的性质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用。

前
者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为
设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，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、。

一：霍尔双通道传感器概述霍尔双通道传感器安装于测速端盖上，感应导磁体上凸起的齿或是凹下的槽，相应的给出高低电平，用于检测轮轴的转速、线速度，通过计算处理也可得到被测体的加速度。

该传感器具备良好的低频和高频特性。

低频可至0Hz，可用于旋转机械的零转速测量，由于传感器可给出两路具有一定相位差的转速信号，因此可进行正反转判别；高频可高至20KHz, 可满足绝大部分工业领域的高转速测量要求。

传感器与被测齿轮不接触，无磨损，安装方便，输出波形是占空比约为50%左右的方波。

霍尔双通道传感器具有测速范围宽，温度适应范围宽，抗振性强的特点。

下面霍尔双通道传感器技术参数，其中相位差是测速齿轮模数为2时的技术参数，符合DIN867标准。

二：霍尔双通道传感器技术参数1．传感器安装●被测感应体为导磁体，上有齿或凹槽。

建议：测速齿轮模数≥1.7，材料为导磁低碳钢注：非标齿或槽与平整面宽度不等将导致波形占宽比的变化。

●安装间隙：0.3-1.5mm,典型值为1.0mm注：取决于被测件的振动情况2．传感器输出特性●频响特性：0~20kHz●输出通道数：双通道●输出波形：方波，上升、下降沿时间12μｓ±40%●输出幅度：高电平：Ub-（1.8V±40%），低电平：<2.2V●脉冲占空比：50％±25％●相位差：90±30°（第一通道超前）注：取决于安装方式，旋转件的旋转方向，本参数适用于本说明书图四举例的安装方式●负载能力：±20mA （最大）●输出阻抗：＜47Ω3．工作环境要求●工作电源：Ub＝15V DC±30% （8V～28V）●功耗电流：≤35mA●工作温度：－40℃～125℃（头部）●耐振性能：振动（10Hz~2KHz）30g，冲击100g ●密封性：IP6813.4．电气特性●电源极性保护：有●输出短路保护：有●绝缘强度：1000V 50Hz，1min（通道与外壳）5．外接电缆及连接●外附导线：6×0.5mm2屏蔽电缆, 标准线长为1.0米（可以按用户要求延长）●传感器外配电缆输出定义线色引出线定义红电源＋黑电源－黄通道A输出绿通道B输出外层屏蔽层三：工作原理1．转速测量原理当测速齿轮旋转时，传感器将产生频率f（Hz）= n×m/60(n为转速，P为齿轮齿数)的方波信号，供机车电子控制系统对机车速度、柴油机转速、进行采样检测。