开放型实验报告实验名称：霍尔传感器综合应用
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1 实验目的
（1）了解霍尔效应原理及其在电量、非电量测量中的应用概况；
（2）熟悉霍尔传感器的工作原理及其性能；
（3）掌握开关型霍尔传感器测量电机转速的方法；
（4）掌握线性霍尔传感器测量大电流的方法。
2 文献综述
2.1 霍尔传感器的介绍
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁敏传感器。通俗的说就是一种能将磁信号转换为电信号的输入换能器，它的用途很广, 是一种很有前途的器件。我国生产的s L 300o系列集成开关式霍尔效应传感器是目前国际上较为先进的一种开关式磁敏器件, 是无触点、无磨议的较理想的磁电转换器件，如图1所示。此外，还有线性型霍尔传感器，它由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量，如图二所示。
a)结构b)符号
图1 开关型霍尔传感器
a)结构b)符号c)外形
图2 线性型霍尔传感器
2.1.1 霍尔传感器的大电流检测方法
电流检测有很多方法：如电流表直接测量法、电流-电压转换法（包括取样电阻法、反馈电阻法）、电流-频率转换法、电流-磁场转换法、电流互感器法等。电流表直接测量法对于串入电流表不方便或没有适当量程的电流表的情况，是行不通的。在电流-电压转换法中取样电阻法比较适合于测量较大的电流，而反馈电阻法比较适合测量小电流，但是同电流表直接测量法一样，需要截断电流回路。
2.1.2 霍尔传感器的性能指标
霍尔传感器需要满足特定的性能指标，如灵敏度，分辨率等。在开关和距离探测应用中需要的磁场强度在5到100mT之间，然而在存储应用中需要的磁场强度仅在10UT到10MT之间。1A的直流导线表面就能产生约100UT的磁场。根据应用的不同，来确定霍尔传感器的性能参数，进而选择合适的霍尔传感技术。例如高密度二进制磁性存储就要求高的空间分辨率，线性磁性探测就不需要这样。选择霍尔传感器的主要指标如下：
（1）技术可能性评估
（2）制造成本
（3）应用环境
（4）霍尔传感器的几何形状
（5）灵敏度，输出信号参数
（6）信噪比，磁场分辨率
（7）线性度等等
2.1.3 霍尔传感器的国内外发展状况
霍尔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。霍尔线性传感器的精度高、线性度好；霍尔开关传感器无触点、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）。其中取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围可以很宽，可达－55℃～150℃。基于上述优点霍尔传感器产业发展应用大致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，其中最具特色的当推是霍尔电流、电压类传感器变送器，它们已成为当今电子测量领域中应用最多的传感器件之一，是测量控制电流、电压的新一代工业用电量传感器，是一种新型的高性能电气隔离检测元件，被广泛用于电力、电子、交流变频调速、逆变装置、电子测量和开关电源等诸多领域以及逆变焊机，发电及输变电设备，电气传动，数控机床等工业产品上，它正在逐步替代传统的互感器和分流器，并具有精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强和不损失测量电路能量等优点。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。其中诸如常见的在无刷电机、无损探伤，接近开关，齿轮转速传感器，角度传感器以及微位移（压力、振动、加速度、液位）传感器等新兴产业的应用发展。从事霍尔传感器产业领域的厂家基地就如雨后春笋般的不断涌现，这方面的人才抢夺竞争更是白热化。就如霍尔电流电压传感器为例，华北有北京莱姆—北京森社（原北京701厂）—烟台华冠—河北保定。东南有南京中旭科技和株洲宁波分所，华南有成都晶峰与河源雅达等，当然还有武汉华意，南京茶花、托肯，珠海澳特尔，深圳北疆等近几年实力也越来越强，不容忽视。以上这些厂家规模或大或小，技术力量或强或弱，有的曾经还是一脉相承，
大家产品或多或少存在着某种相同，又各有各的特点，因而大家在应用领域的市场竞争日益激烈。另外以霍尔技术为核心的智能电量传感器也已经形成产业链，四川维博—西安天立—深圳圣斯尔等，他们的产品多为电流电压传感器变送器数字电路处理，这必将成为霍尔传感器在工业电量测控应用领域的新型发展应用。国际上的霍尔传感器产业发展以其智能化、集成化见长，它们正在逐渐的进入我国的市场，实际上在很多集约化领域，已随处可见它们的身影。这些大公司的产品具有很大的竞争实力，对国内的霍尔传感器厂家来说无疑是一种强力冲击。
3 实验原理
3.1 光电传感器测转速实验
光电传感器有反射型和透射型两种，本实验装置是透射型的，传感器端部两侧分别装有光电管和发光管，发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的6个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲数，脉冲经处理有频率表显示F，即可得到转速n=F/6.实验原理图如下图所示：
3.2 开关式霍尔传感器测转速实验
利用霍尔效应表达式：Uh=KIB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N次，每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。
3.3 线性式霍尔传感器位移特性实验
在半导体薄片两端通以控制电流、并在薄片的垂直方向施加磁场强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势UH(称为霍尔电势或霍尔电压。这种现象称为霍尔效应。
本实验用的霍尔传感器位移传感器是由线性霍尔元件、两只半圆形永久磁钢组成，其工作原理和实验电路图如下图所示：
