第四章磁力传感器.ppt

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。 开关型霍尔IC 铁心 霍尔效应钢丝断丝检测装置 1—钢丝绳 2—霍尔元件 3—永久磁铁 带有微型磁铁的霍尔传感器 钢质 霍尔 若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。 霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用 Anti-lock Braking System ch4 磁传感器 传感器与测试技术 EXIT 第四章 磁传感器 教学目的与要求：要求学生了解磁传感器的分类及特点;理 解感应式磁敏传感器的原理；掌握霍尔 传感器的工作原理、特性及应用。 教学重点：霍尔传感器的工作电路、特性及应用 教学难点：霍尔效应 磁敏传感器是对磁场参量(B,H,φ)敏感的元器件或装置, 具有把磁学物理量转换为电信号的功能。 第四章 磁传感器 质子旋进式磁敏传感器 光泵式磁敏传感器 SQUID（超导量子干涉器）磁敏传感器 磁通门式磁敏传感器 感应式磁敏传感器 半导体磁敏传感器 霍尔器件、磁敏二极管、磁敏三极管、磁敏电阻 机械式磁敏传感器 光纤式磁敏传感器 一、霍耳磁敏传感器 通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势的现象。 + I + + + + + + + + + + + － － － － － － Ｂ l w d 霍耳效应原理图 VH 它是利用霍耳元件基于霍耳效应原理而将被测量转换成电动势输出的一种传感器。 1、霍耳效应 霍尔效应演示 霍耳电势VH与 I、B的乘积成正比，而与d成反比。 —霍耳系数，由载流材料物理性质决定。 μ—载流子迁移率,μ=v/E,即单位电场强度作用下载流子的平均速度。 金属材料，电子μ很高但ρ很小，绝缘材料，ρ很高但μ很小。故为获得较强霍耳效应，霍耳片全部采用半导体材料制成。 q—电子电量 ρ—材料电阻率 设 KH=RH / d KH—霍耳器件的乘积灵敏度。它与载流材料的物理性质和几何 尺寸有关，表示在单位磁感应强度和单位控制电流时霍耳 电势的大小。 若磁感应强度B的方向与霍耳器件的平面法线夹角为θ时，霍耳电势应为： VH＝ KH I B VH＝ KH I B cosθ 由上式可见，厚度d越小，霍尔灵敏度 KH 越大，所以霍尔元件做的较薄，通常近似1微米。 2、霍尔元件 (1)霍耳元件的基本电路 基于霍尔效应工作的半导体器件称为霍尔元件，霍尔元件 多采用N型半导体材料。目前最常用的霍尔元件材料有锗(Ge)、 硅(Si)、锑化铟(InSb)、砷化铟(InAs)等半导体材料。 薄膜霍尔元件厚度只有1μm左右。霍尔元件由霍尔片、四根 引线和壳体组成。 霍耳输出端的端子C、D相应地称为霍耳端或输出端。 电流端子A、B相应地称为器件电流端、控制电流端 或输入电流端。 H 霍耳器件符号 A A A B B B C C C D D D 控制电流I； 霍耳电势VH； 控制电压V； 霍耳负载电阻R3； 霍耳电流IH。 霍耳输出端接负载R3,R3可是一般电阻或放大器的输入电阻、 或表头内阻等。磁场B垂直通过霍耳器件,在磁场与控制电流作用下，由负载上获得电压。 VH R3 V B I E IH 霍耳器件的基本电路 R 实际使用时,器件输入信号可以是I或B，或者IB,而输出可以 正比于I或B, 或者正比于其乘积IB。 这类传感器一般由霍耳元件和放大器组成，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。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。 （2）霍耳线性集成传感器 霍耳线性集成传感器的输出特性如下图： 磁感应强度B/T 5.6 4.6 3.6 2.6 1.6 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 输出电压U/V 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