第5章磁敏传感器

1、概概 述述霍尔效应演示霍尔效应演示霍尔效应5.1 5.1 霍尔传感器霍尔传感器 UH bldIFLFEvBdIBRUHHdRKHHIBKUHHnqdKH1IEvlUEvIbBlUvbBUH(5 5)HHHHHR BR BR BUbIBUUURlddRdlbdHR (5-6)HRpedIBUHHRdRKHHbBlUvbBUHtUUUHoHoHt/ ) （ )1(tUUHoHt tRRRioioit/ ) （ )1(tRRioit )1(tRROoOt dRKHH/ 不不等位电势和不等位电阻等位电势和不等位电阻 当霍尔元件的激励电流为当霍尔元件的激励电流为I时时, 若元件所处位置若元件所处位置磁感

2、应强度为零磁感应强度为零, 则它的霍尔电势应该为零则它的霍尔电势应该为零, 但实际但实际不为零。不为零。 这时测得的空载霍尔电势称不等位电势。这时测得的空载霍尔电势称不等位电势。 产生这一现象的原因有产生这一现象的原因有: 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上; 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀尺寸不均匀; 激励电极接触不良造成激励电流分布不均匀。激励电极接触不良造成激励电流分布不均匀。 式式中中: U0不等位电势不等位电势; r0不等位电阻不等位电阻; IH激励电流。激励电流。 由上

3、式可以看出由上式可以看出, 不等位电势就是激励电流流不等位电势就是激励电流流经不等位电阻经不等位电阻r0所产生的电压。所产生的电压。 00HUrI霍尔霍尔元件不等位电势补偿元件不等位电势补偿 不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级，有不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级，有时甚至超过霍尔电势，时甚至超过霍尔电势， 而实用中要消除不等位电而实用中要消除不等位电势是极其困难的，因而必须采用补偿的方法。分析势是极其困难的，因而必须采用补偿的方法。分析不等位电势时，可以把霍尔元件等效为一个电桥，不等位电势时，可以把霍尔元件等效为一个电桥， 用分析电桥平衡来补偿不等位电势。用分析电桥平衡来补偿不等位电势。

4、 图图5-5（a） （b） （c）t RRH t H10t RRiit10ittRREIit t HHHRREBdRBIdRU00200iiitiHHRRRRRRRBEdRdtdURRRRRRRUiiitiH002200 0022000iiitiiHRRRRRRRRREBdR000RRRii0iRR) 1( ) 1(00tUUtRRHHtOOt 0 dtdULt)2,yxyyxyx （ 0) 1) 100 tRRtROLO （0LORRLLOHLtRRtRtUU ) 1() 1(00 霍耳开关集成传感器的工作特性曲线霍耳开关集成传感器的工作特性曲线工作特性有一定的磁滞工作特性有一定的磁滞BH，

5、这对开关动作的可靠性非，这对开关动作的可靠性非常有利。常有利。 图中的图中的BOP为工作点为工作点“开开”的磁感应强度，的磁感应强度，BRP为释放点为释放点“关关”的磁感应强度。的磁感应强度。霍耳开关集成传感器的工作特性曲线霍耳开关集成传感器的工作特性曲线霍耳开关集成传感器的技术参数：霍耳开关集成传感器的技术参数： 工作电压工作电压 、磁感应强度、输、磁感应强度、输出截止电压、出截止电压、 输出导通电流、工作温度、工作点。输出导通电流、工作温度、工作点。VOUT/V12ONOFFBRPBOPBHB0霍耳线性集成传感器有单端霍耳线性集成传感器有单端输出和双端输出两种，其电路结构如输出和双端输出两

6、种，其电路结构如5-8图。图。单端输出传感器的电路结构框图23输出+稳压VCC1霍耳元件放大地H稳压H3VCC地4输出输出18675 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。霍耳线性集成传感器的主要技术特性霍耳线性集成传感器的主要技术特性 传感器的输出特性如图5-9，5-10： 磁感应强度B/T5.64.63.

7、62.61.6- -0.3-0-0.2-0.1-0.100.10.20.3输输出出电电压压U/V单端输出特性单端输出特性图图 5 5 10 10 双端输出特性双端输出特性 （a）互补式温度补偿电路 （b）差分式温度补偿电 （c）全桥温度补偿电路 (d)热敏补偿5.4 霍尔式传感器的应用 微位移和压力的测量微位移和压力的测量 图图 5 14 霍尔式传感器结构原理图霍尔式传感器结构原理图1-弹簧管；弹簧管；2-磁铁，磁铁，3-霍尔片霍尔片 图图 5 5 15 15 霍尔加速度传感器结构原理图霍尔加速度传感器结构原理图 磁敏二极管漏磁探伤仪磁敏二极管漏磁探伤仪 磁敏二极管漏磁探伤仪是利用磁敏二极管可

8、以检测弱磁场变化磁敏二极管漏磁探伤仪是利用磁敏二极管可以检测弱磁场变化的特性而设计的。原理如图所示。将的特性而设计的。原理如图所示。将待测物待测物1 (1 (如钢棒如钢棒) )置于铁芯之置于铁芯之下，并使之不断转动，在铁芯、线圈激磁后，钢棒被磁化。若待测下，并使之不断转动，在铁芯、线圈激磁后，钢棒被磁化。若待测钢棒没有损伤的部分在铁芯之下时，铁芯和钢棒被磁化部分构成闭钢棒没有损伤的部分在铁芯之下时，铁芯和钢棒被磁化部分构成闭合磁路，激励线圈感应的磁通为合磁路，激励线圈感应的磁通为，此时无泄漏磁通，磁场二极管，此时无泄漏磁通，磁场二极管探头没有信号输出。探头没有信号输出。若钢棒上的裂纹旋至铁若钢棒上的裂纹旋至铁芯下，裂纹处的泄漏磁芯下，裂纹处的泄漏磁通作用于探头，探头将通作用于探头，探头将泄漏磁通量转换成电