霍尔传感器ppt
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
-
霍尔传感器副效应——不等位电势U0
1
I
r3
r4
2
4
r1 3 r2
不等位电势示意图
2
-
1
r3
r4
4 U0
ILeabharlann Baidu
r1
r2
3
霍尔元件的等效电路
实验原理
1
r3
2
r1
r4
4 U0
I
r2
3
霍尔元件的等效电路
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 =0。
-
实验步骤
（4）旋动测微头，每隔0.1mm记下表头读数 要点 • 测位移使用测微头时，当来回调节微分筒使测杆产生位
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。
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
UH
KIdBZ dZ
dB
• 上式中Z为位移量，dZ 为 常数时，UH 与 Z成正比。
如果工作电流是振幅与频率一定的交变电流，UH 与 Z 会有什 么关系呢？
-
实验原理
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。
②霍尔元件右移, Δx>0， 合成磁感应强度B向 左,B≠0， UH>0
③霍尔元件左移，Δx<0，合成磁感应强度B 向右,B≠0，UH<0。
-
讨论
霍尔效应建立的时间极短（10-12～10-14S），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。
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？
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
UH
mV
B
电场力与洛伦兹力
v
达到平衡，形成稳 定电压UH
qvB qUH
fB
d
b
- fE
IS
b
-
mA
又考虑到(n为载流子浓度)
IS vdbnq
qvB qUH b
UH
1 nq
ISB d
即： UHKHISB
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.
-
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W1、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。
-
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是指传感器的输出量增量ΔU 与引起输出量增量ΔU的 输入量增量ΔX的比值, 即
△S=△U/△X=-0.-0021（v/mm）
霍尔式位移特性解释
U H kx
①霍尔元件处于中间位置 位移Δx=0时，由于B=0， 所以UH=0
-
-
1 2 3 4
-
实验目的
基本测试电路
基本测试电路
• 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。
B UH K H IS
• 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。
-
IS
UH BK H
• 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。
-
工作展望
测量电路部分： 将实验册提供的 移相器与相敏检 波器的实验做一 下，具体了解一 下他们的原理与 作用。
• 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。
-
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
霍尔片特性部分： 1）改变交流信号的频率 振幅，再在磁场中移动霍 尔片，测出多条位移曲线 ； 2）保持霍尔片在磁场中 位置不变，有规律的改变 频率或振幅，测出相应数 据
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
-
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。
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。
霍尔传感器副效应——不等位电势U0
1
I
r3
r4
2
4
r1 3 r2
不等位电势示意图
2
-
1
r3
r4
4 U0
ILeabharlann Baidu
r1
r2
3
霍尔元件的等效电路
实验原理
1
r3
2
r1
r4
4 U0
I
r2
3
霍尔元件的等效电路
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 =0。
-
实验步骤
（4）旋动测微头，每隔0.1mm记下表头读数 要点 • 测位移使用测微头时，当来回调节微分筒使测杆产生位
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。
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
UH
KIdBZ dZ
dB
• 上式中Z为位移量，dZ 为 常数时，UH 与 Z成正比。
如果工作电流是振幅与频率一定的交变电流，UH 与 Z 会有什 么关系呢？
-
实验原理
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。
②霍尔元件右移, Δx>0， 合成磁感应强度B向 左,B≠0， UH>0
③霍尔元件左移，Δx<0，合成磁感应强度B 向右,B≠0，UH<0。
-
讨论
霍尔效应建立的时间极短（10-12～10-14S），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。
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？
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
UH
mV
B
电场力与洛伦兹力
v
达到平衡，形成稳 定电压UH
qvB qUH
fB
d
b
- fE
IS
b
-
mA
又考虑到(n为载流子浓度)
IS vdbnq
qvB qUH b
UH
1 nq
ISB d
即： UHKHISB
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.
-
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W1、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。
-
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是指传感器的输出量增量ΔU 与引起输出量增量ΔU的 输入量增量ΔX的比值, 即
△S=△U/△X=-0.-0021（v/mm）
霍尔式位移特性解释
U H kx
①霍尔元件处于中间位置 位移Δx=0时，由于B=0， 所以UH=0
-
-
1 2 3 4
-
实验目的
基本测试电路
基本测试电路
• 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。
B UH K H IS
• 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。
-
IS
UH BK H
• 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。
-
工作展望
测量电路部分： 将实验册提供的 移相器与相敏检 波器的实验做一 下，具体了解一 下他们的原理与 作用。
• 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。
-
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
霍尔片特性部分： 1）改变交流信号的频率 振幅，再在磁场中移动霍 尔片，测出多条位移曲线 ； 2）保持霍尔片在磁场中 位置不变，有规律的改变 频率或振幅，测出相应数 据
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
-
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。
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。