霍尔传感器课件

1、答辩课题：交流激励时霍尔传感器的位移特性 答辩人： 物教1101 -答辩课题：交流激励时霍尔传感器的位移特性 概述霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。1879年美国物理学霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应。随着半导体技术的发展，用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到应用和发展。霍尔传感器是基于霍尔效应将被测量（如电流、磁场、位移、压力、压差、转速等）转换成电动势输出的传感器。霍尔式传感器结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范围大、非接触、使用寿命长、可靠性高、易于微型化和集成化。在测量技术、自动化技术和信息处理得到了广泛的应用。- 概述霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。

2、1879年美国物现象 霍尔效应 在长方形导体薄板上通以电流，沿电流的垂直方向施加磁场，就会在与电流和磁场两者垂直的方向上产生电势差，这种现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电压。理论分析磁场中运动载流子受洛伦兹力作用电荷聚集形成电场电场力与洛伦兹力达到平衡，形成稳定电压UHmA-BmV-现象 霍尔效应 在长方形导体薄板上通以电流，又考虑到(n为载流子浓度)即：KH=1/(nqd)称为霍尔元件的灵敏度.IS为流过霍尔元件的电流，即其工作电流.-又考虑到(n为载流子浓度)即：KH=1/(nqd)称为霍尔元-1234实验目的实验原理实验仪器、步骤分析与讨论-1234实验目的实验原理实验仪器、步骤

3、分析与讨论-实验目的 在一定的工作电流I下，霍尔电压U与外磁场磁感应强度B成正比。这就是霍尔效应检测磁场的原理。在一定的外磁场中，霍尔电压U与通过霍尔片的电流强度I（工作电流）成正比。这就霍尔效应检测电流的原理。 基本测试电路基本测试电路-实验目的 实验目的如果保持霍尔元件的电流I不变而使其在一均匀梯度的磁场中移动时，则输出的霍尔电势差变化量为上式中 为位移量， 为常数时， 与 成正比。如果工作电流是振幅与频率一定的交变电流， 与 会有什么关系呢？-实验目的如果保持霍尔元件的电流I不变而使其在一均匀梯度的磁场上图是实验册提供的测量电路图，我工作的第一步是搞清楚电路图中各部分的作用。实验原理-上

4、图是实验册提供的测量电路图，我工作的第一步是搞清楚电路图中霍尔传感器副效应不等位电势U0不等位电势示意图U0r4r2r3r1霍尔元件的等效电路-霍尔传感器副效应不等位电势U0不等位电势示意图U0r4r实验原理 根据前面对霍尔效应的副效应不等位电势的介绍，这里电桥平衡网络的作用是：消除不等位电势的影响，即使U =0。 验证方法：按上图连接电路，但霍尔片不置于磁场中，霍尔电压经差动放大器接入示波器，调节W1、W2观察波形是否变化。-实验原理 根据前面对霍尔效应的副效应不等位电势的介实验步骤（1）将霍尔磁场固定在振动盘上，调节振动盘与霍尔片之间的位置，（不可有任何接触，以免将霍尔传感器损坏。）装上并

5、调节测微头与振动盘吸合，使霍尔片刚好处于磁场的中间位置；（2）差动放大器调零：V+接至直流恒压源的+15V,V-接至-15V,调零模块的GND与差动放大器模块的GND相连，VREF与VREF相连，V+与V+相连，再用导线将差动放大器的输入端同相端VP（）、反相端VN（）与地短接。用万用表测差动放大器输出端的电压；开启直流恒压源；调节调零旋钮使万用表显示为零。-实验步骤（1）将霍尔磁场固定在振动盘上，调节振动盘与霍尔片之实验步骤（3）按电路图接线，霍尔片上的A、B、C、D与霍尔式上的一一对应；打开直流恒压源，将音频振荡器的输出幅度调到5VP-P左右，差放增益置合适位置。利用示波器和万用表调整好W

6、1、W2、移相器及振动盘与霍尔片之间的位置，再转动测微头，使其在某个位置时万用表显示为0，也可以调节音频幅度。万用表置20V档。困难：由于对电路图中的相敏检波器等作用无法完全理解所以在调节W1、W2、移相器时无法判断是否调节好。但调节过程中观察到的现象是：1）一路信号是正弦波信号，二路信号也具有明显周期。2）调节W1可以明显看到二路信号幅度的改变及电压表读数的变化。3）调节W2与移相器两波形变化都不明显。反思：没有及时解决问题，后来发现网上没有想过的资料，才发现自己没有及时向老师请教。-实验步骤（3）按电路图接线，霍尔片上的A、B、C、D与霍尔式实验步骤要点测位移使用测微头时，当来回调节微分筒

7、使测杆产生位移的过程中本身存在机械回程差，为消除这种机械回差可用单行程位移方法实验：顺时针调节测微头的微分筒4周，记录电压表读数作为位移起点。以后，反方向（逆时针方向）调节测微头的微分筒（0.01mm/每小格），每隔X=0.1mm（总位移可取4mm）从电压表上读出输出电压V值，将读数填入表中（这样可以消除测微头的机械回差）。实验电路图中的相关元件有需要接DH-VC215V、接地的不要忘记。（4）旋动测微头，每隔0.1mm记下表头读数-实验步骤要点（4）旋动测微头，每隔0.1mm记下表头读数-分析与讨论根据测得的数据在matlab软件中画出U-X曲线如图，其中直线为数据拟合曲线。灵敏度S是指传感

8、器的输出量增量U 与引起输出量增量U的输入量增量X的比值, 即 S=U/X=-0.0021（v/mm）-分析与讨论根据测得的数据在matlab软件中画出U-X曲线如 霍尔式位移特性解释霍尔元件处于中间位置位移x=0时，由于B=0，所以UH=0霍尔元件右移, x0，合成磁感应强度B向左,B0， UH0 霍尔元件左移，x0，合成磁感应强度B向右,B0，UH0。- 霍尔式位移特性解释霍尔元件处于中间位置位移x=0时，由霍尔效应建立的时间极短（10-1210-14S），I 即可以是直流，也可以是交流。但交流情况下输出的信号也是一定频率、振幅的交流信号。讨论那么我们这里对交流激励霍尔传感器静态位移特性研究的意义在哪呢？1）验证交流激励下，霍尔片在磁场中的移动仍符合静态位移特性U与X为线性关系。2）交流激励下，输出的霍尔电压也是交流的，可以有不同于直流情况下的一些特性。当我们改变交流信号就可以研究霍尔传感器的动态特性。-霍尔效应建立的时间极短（10-1210-14S），I 即可测量电路部分：