地磁传感器设计研究
测控电路设计
专业：测控技术与仪器
班级：09050341X
姓名：贺建智
学号：42
地磁传感器设计研究
1．设计思路
（1）针对所选用磁场敏感头的工作特性，选择合适器件，明确磁场检测模块的工作原理。（2）鉴于磁场检测单元的温度敏感特性，设计信号调理模块，实现了宽温度范围内的灵敏度补偿与零点补偿。
（3）鉴于数字式磁场强度传感器的应用特点，设计出传感数字化与逻辑控制模块。
（4）绘制各个模块的硬件电路图和整体电路图，并对所进行的设计进行相关的调试和校准。2．设计方案
2.1霍尔元件的结构及原理：
如图1所示,霍尔元件是均匀的N型半导体材料制成的矩形薄片,长为L,宽为b,厚为d。当在1、2两端加上电压,同时有一个磁场B 垂直穿过元件的宽面时, 在3、4两端产生电位
差UH , 这种现象就是霍尔效应。霍尔效应从本
质上讲是运动的带电粒子在磁场中受到洛仑兹
力作用而引起的偏转。当带电粒子被约束在固体
材料中,这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方
向上产生正负电荷的积累,从而形成附加的横向
电场。霍尔片内定向运动的载流子所受洛仑兹力图1 和静电作用力相等时, 3、4两端将建立起稳定的电位差,即霍尔电压U H :
U H = K H· IB (1)
式中, KH 为霍尔元件的灵敏度。对于给定霍尔片, KH 是常数, 它仅与霍尔片的材料性质及几何尺寸有关。当工作电流I和磁感应强度B 一定时, KH 的数值越大, 霍尔电压也就越高,也就是灵敏度越高。由式(1)可得:
B =U H/（K H·I） (2)
从式( 2 ) 可知, 如果已知霍尔片的灵敏度K H,只需测出工作电流I和霍尔电压U H就可求得B。U H的单位取为mV, I的单位取为mA，B 的单位为T, K H的单位即为mV / (mA·T) 。
2.2霍尔传感器不等位电动势补偿和温度补偿
2.2.1不等位电动势Uo及其补偿
不等为电动势是产生零位误差的主要因素。由于制作霍尔元件时，不可能保证将霍尔电
极焊在同一等位面上，如图2所示。
图2
因此当控制电流I流过元件时，即使磁感应强度等于零，在霍尔电动势极上仍有电动势存在，该电动势称为不等位电动势Uo。在分析不等位电动势时，可以把霍尔元件等效为一个电桥，如图3所示。
图3
电桥的是个桥臂分别为R1、R2、R3和R4.若两个霍尔电动势在同一等位面上，此时R1=R2=R3=R4，则电桥平衡，输出电压Uo等于零。当霍尔电极不在同一等位面上时，因R3增大而R4减小，则电桥平衡被破坏，使输出电压Uo不等于零；恢复电桥平衡的方法是减小R2或R3。如果经测试确知霍尔电极偏离等位面的方向，则可以采用机械修磨或用化学腐蚀的方法来减小不等位电动势以达到补偿目的。
一般情况下，采用补偿网络进行补偿是一种行之有效的方法，在本设计中采用如图4所示的补偿线路。
图4
2.2.2温度补偿
一般半导体材料的电阻率、迁移率和载流子浓度等都随温度而变化。霍尔元件由半导体材料制成，因此它的性能参数如输入和输出电阻、霍尔常数等也随温度而变化，致使霍尔电势变化，产生温度误差。为了减小温度误差，除选用温度系数较小的材料如砷化铟或采用恒温措施外，还可以采用恒流源供电，这样可以减小元件内阻随温度变化而引起的控制电流的变化。但是采用恒流源供电不能完全解决霍尔电动势的稳定问题，因此还应采用其他补偿方法。在本设计中采用的是如图5所示的温度补偿线路。
图5
在控制电流极上并联一个适当的补偿电阻r o，当温度升到时，霍尔元件的内阻迅速增加，使通过元件的电流减小，而通过r o的电流增加，利用元件内阻的温度特性和补偿电阻，可自动调节霍尔元件的电流大小，从而起到补偿作用。
补偿电阻r o的数值选择：设在某一基准温度To时，有
I=I H o+Io （1）I H o·Ro=Io·r o （2）
式中I——恒流源输出电流；
I H o——温度为To时，霍尔元件的控制电流；
Io——温度为To时，ro上通过的电流；
Ro——温度为To时，霍尔元件的内阻；
r o——温度为To时，补偿电阻值。
将式（1）代入式（2）经整理得
I H o=r o·I/（Ro+r o）（3）
当温度上升为T时，同理可得
I H=r·I/（R+r）（4）
式中
R——温度为T时，霍尔元件的内阻，R=Ro·（1+β·t）；
β——霍尔元件的内阻温度系数；
t——等于T—To，为相对基准温度的温差；
r——温度为T时，补偿电阻的值，r=r o·（1+δ·t），δ是补偿电阻的温度系数。
当温度为To时，霍尔电动势U H o为
U H o=K H o·I H o·B
式中，K H o是温度为To时，霍尔元件的灵敏度系数，当温度为T时，霍尔电动势U H为U H=K H·I H·B=K H o·（1+α·t）·I H·B
式中
K H——温度为To时，霍尔元件的灵敏度系数；
α——霍尔电动势灵敏度的温度系数。
设补偿后输出霍尔电动势不随温度变化，则应满足条件U H=U H o
即
K H o=（1+α·t）·I H·B=K H o·I H o·B （5）
将式（3）和式（4）代入式（5），并整理后得到
（1+α·t）（1+δ·t）=1+（Ro·β+r o·δ）·t/（Ro+r o）（6）将式（6）展开，略去α·δ·t2项（温度<100℃时此项可以忽略），则有
r o·α=Ro·（β－α－δ）
即r o=（β－α－δ）·Ro/α（7）
由于霍尔电动势灵敏度温度系数α和补偿电阻的温度系数δ比霍尔元件内阻温度系数β小得多，即α＜β，δ＜β，于是式（7）可以简化为
r o=β·Ro/α（8）
式（8）说明，当元件的α、β及内阻Ro确定后，补偿电阻r o便可求出。当霍尔元件选定后，其α值和β值可以从元件参数表中查出，而元件内阻Ro则可由测量得到。
实验表明，补偿后霍尔电动势受温度的影响极小，而且对霍尔元件的其他性能也无影响，只是输出电压稍有下降。这是由于通过元件的控制电流被补偿电阻r o分流的缘故。只要适当增大恒流源输出电流，使通过霍尔元件的电流达到额定值，输出电压可保持原来的数值。
2.3霍尔传感器的集成运放
由于霍尔元件输出的电压很小，不足以产生驱动电压，因而，需要使用集成运放电路对输出电压进行放大。采用同相放大器。
图6
由虚断电路原理可知i+=i-=0 .有ui=u+
uf=R1·uo/(R1+Rf) uf=u-
由虚短原理可知u+=u- 有ui=uf
uo=（1+Rf/R1）·ui
闭环电压放大倍数
Au=uo/ui=1+Rf/R1
2.4 A/D转换芯片ADC0809
2.4.1管脚如图7
图7
2.4.2 ADC0809概述
ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片
2.4.3主要特性
1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。
2）具有转换起停控制端。
3）转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs（时钟为500kHz时）
4）单个+5V电源供电
5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。
6）工作温度范围为-40～+85摄氏度
7）低功耗，约15mW。
2.4.4内部结构
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。2.4.5外部特性（引脚功能）
ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，下面说明各引脚功能。
IN0～IN7：8路模拟量输入端。
2-1～2-8：8位数字量输出端。
ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路
ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。
START：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
EOC：A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。
REF（+）、REF（-）：基准电压。
Vcc：电源，单一+5V。
GND：地。
2.4.6 ADC0809的工作过程
首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D 转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出
三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。
转换数据的传送A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。
①定时传送方式
对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。
②查询方式
A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。
③中断方式
把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。
不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。
本电路设计用查询方式。
2.5 AT89C51单片机
2.5.1 AT89C51管脚图：图8 图9
图8图9
2.5.2主要特性
·与MCS-51 兼容
·4K字节可编程闪烁存储器
·寿命：1000写/擦循环
·数据保留时间：10年
·全静态工作：0Hz-24MHz
·三级程序存储器锁定
·128*8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
2.5.3管脚说明
VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信
号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（记时器0外部输入）
P3.5 T1（记时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）
P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE 禁止，置位无效。
/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持
高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V
编程电源（VPP）。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
2.5.4振荡器特性
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。由于输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
芯片擦除
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
2.5.5结构特点
8位CPU；
片内振荡器和时钟电路；
32根I/O线；
外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K；
2个16位的定时器/计数器；
5个中断源，两个中断优先级；
全双工串行口；
布尔处理器；
89C51控制0809的工作，并进行数据转换，输出给数码管。
2.6共阴极数码管
2.6.1 Proteus中的四位七段数码管如图10
图10
2.6.2共阴极数码管的应用
共阴极数码管是一类数字形式的显示屏，通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。由于它的价格便宜、使用简单、在电器，特别是家电领域应用极为广泛，空调、热水器、冰箱等等。绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。
2.6.3共阴极结构
LED显示器有共阴极和共阳极两种结构，下面只介绍共阴极结构。在共阴极结构中，各段发光二极管的阴极连在一起，将此公共点接地，某一段发光二极管的阴极为高电平时，该段发光。
共阴极字段码：LED显示0～9某个字符时，则要求在a～dp送固定的字段码，如要使LED显示“0”,则要求a、b、c、d、f各引脚为高电平，g和dp为低电平，字段码为“3fh”。dp g f e d c b a 0 0 1 1 1 1 1 1 3fh
共阴极字符0～9七段码如下：
字符：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 字段码：3fh 06h 5bh 4fh 66h 6dh 7dh 07h 7fh 6fh 2.6.4数码管动态扫描原理
实际使用LED数码管显示器位数较多，为了简化线路降低成本，通常采用动态扫描显示方法。
数码管内部发光二极管的阴极接在一起，阳极成为段选线。这两种数码管的驱动方式是不同的。当需要点亮“共阳极”数码管的一段时，公共段需接高电平（即写逻辑1）、该段的段选线接低电平（即写逻辑0），从而该段被点亮。当需要点亮“共阴极”数码管的一段时，公共段需接低电平（即写逻辑0）、该段的段选线接高电平（即写逻辑1），该段被点亮。
这样虽然在任一时刻只有一位显示器被点亮，但是由于人的视觉残留效应，看起来与全部显示器持续点亮效果基本一样。
2.7单片机程序
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 001BH
AJMP SERVE
ORG 0030H
MAIN: MOV 40H,#00H ;A/D转化存储位（主程序）MOV 41H,#00H ;百位
MOV 42H,#02H ;十位
MOV 43H,#02H ;个位
MOV TMOD,#10H ；初始化定时器工作方式，定时器工作于定时方式，方式1
SETB ET1 ；允许定时器T1中断
SETB EA ；总的中断允许
MOV TH1,#0FFH
MOV TL1,#0D0H ；给定时器T1赋初值，给0809提供合适的时钟信号
SETB TR1 ；启动定时器T1
LCALL ADC ;A/D转化子程序
LCALL ZHUANHUA ;BCD码子程序
LCALL XIANSHI ;显示子程序
AJMP MAIN ;循环执行
ADC: PUSH ACC （控制ADC0809的工作）
PUSH PSW
SETB P1.1 ；给0809ALE提供上升沿，以锁存地址
LCALL TIME ;延时子程序
CLR P1.1 ；给0809 START提供下降沿，以开始模数转化
LCALL CXAD ;查询转化完毕的子程序
MOV P2,#0FFH ；给P2端口置1，为数据读入做准备
MOV A,P2 ；读入P2口的信号，即AD转化后的数据信号
MOV 40H,A ；将AD转化后的数据存储于40H
POP PSW
POP ACC
RETI
TIME: PUSH ACC ；延时子程序（为ADC0809的ALE和START端提供方波）PUSH PSW
MOV R1,#0AH ;外循环10次
TLL1:MOV R0,#0FH ；内循环15次
TWL1:DJNZ R0,TWL1
DJNZ R1,TLL1
NOP
NOP
POP PSW
POP ACC
RETI
CXAD: SETB P1.2 ;查询AD转化完成的子程序
MOV C,P1.2 ；置位P1.2为读入P1.2的状态做准备
JNC CXAD ；若为低电平则继续查询，若为高电平则说明转化完成
RETI
ZHUANHUA:PUSH ACC ；将8为二进制数转化为BCD码子程序
PUSH PSW
MOV A,40H ；将40H的内容赋值给A
MOV B,#64H ;将40H的内容除以100以得到百位
DIV AB
MOV 41H,A ；将百位的内容送给41H
MOV A,B ；将余数赋值给A
MOV B,#0AH ；余数除以10，以得到十位和个位
DIV AB
MOV 42H,A
MOV 43H,B
POP PSW
POP ACC
RETI
SERVE: PUSH PSW ；给AD0809提供时钟信号的服务子程序
PUSH ACC
MOV TH1,#0FFH ；给定时器T1赋初值
MOV TL1,#0D0H
SETB TR1 ；启动定时器
CPL P1.0 ；取反P1.0端，以提供方波
POP ACC
POP PSW
RETI
XIANSHI:PUSH PSW ；显示子程序（驱动数码管显示）PUSH ACC
MOV R0,#41H ；将41H赋值给R0，提供显示的初始地址
MOV R2,#0FEH ；提供位选信号
MOV A,R2 ；
MOV DPTR,#TAB ；将显示段码列表初始地址赋值给DPTR（变址寄存器）LP0:MOV P3,A ；位选信号输出
MOV A,@R0 ；读取该位的BCD码的数值
MOVC A,@A+DPTR ；查询列表，获得段码
MOV P0,A ；段码输出
ACALL D1MS ；调用延时子一毫秒程序，获得视觉残留效果
INC R0 ；地址减一，指向下一个需要显示的数据
MOV A,R2
JNB ACC.4,LP1 ；判断位选码是否移动到显示器最左端
RL A ；位选码循环左移
MOV R2,A ；段选码存储
AJMP LP0 ；循环，显示下一个数
LP1:POP ACC
POP PSW
RET
TAB:DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DH （共阴极数码管显示段码列表）DB 7DH, 07H, 7FH, 6FH, 77H, 7CH
DB 39H, 5EH, 79H, 71H, 40H, 00H
D1MS:PUSH PSW ；一毫秒延时程序（提供视觉残留效果的延时子程序）PUSH ACC
MOV R7,#0FH ；外循环15次
DL:MOV R6,#0FH ；内循环15次
DL1:DJNZ R6,DL1
DJNZ R7,DL
POP ACC
POP PSW
RET
END
2.8电源方案设计
因为本设计中的霍尔元件，同相放大器，ADC0809，A T89C51以及七段数码显示管的驱动电压均为4~6V即可。因此，电源采用5V直流电压源统一供电。
2.9设计原理框图
2.9.1总设计原理框图图11
图11
图12
2.9.3数据处理部分原理框图图13
图13
3.单元电路设计
3.1霍尔传感器单元电路设计
3.1.1霍尔传感器不等位电动势补偿线路及温度补偿线路电路图
图14
图15
3.2数据处理显示单元电路设计
3.2.1给AT89C51提供振荡源的振荡电路设计
图16 3.2.2 AT89C51的复位电路设计
图17
3.2.3数据处理显示单元总电路图
图18
3.2.4 ADC0809、AT89C51、上拉电阻及七段数码显示管之间的接口说明
ADC0809的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7口对应接AT89C51的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7口。
ADC0809的P1.0、P1.1、P1.2口对应接AT89C51的P1.0、P1.1、P1.2口。
AT89C51的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7口与上拉电阻的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7口相接。
七段数码显示管的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7口与AT89C51的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7口连接。
七段数码显示管的P3.0、P3.1、P3.2口与AT89C51的P3.0、P3.1、P3.2口对应连接。4.电路工作原理及参数计算
4.1电路工作原理
本设计中使用的霍尔敏感元件为AH3503，当AH3503所在磁场的磁通量发生改变，由式U H = K H· IB可知，AH3503的输出端产生一定的电压信号，将这一电压信号输入ADC0809进行模数转化，然后将数字信号输入单片机中进行数据处理，最后输出到LED数码管中进行显示。
各个单元的电路工作原理在第二部分设计方案中均有阐述。
4.2电路参数计算
AH3503参数表
霍尔传感器工作原理
半导体薄片置于磁感应强度为 B 的磁场中，磁场方向垂直于薄片，如图所示。当有电流 I 流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势 EH ，这种现象称为霍尔效应，该电动势称为霍尔电势，上述半导体薄片称为霍尔元件。 原理简述如下：激励电流 I 从 a 、 b 端流入，磁场 B 由正上方作用于薄片，这时电子 e 的运动方向与电流方向相反，将受到洛仑兹力 FL 的作用，向内侧偏移，该侧形成电子的堆积，从而在薄片的 c 、 d 方向产生电场 E 。电子积累得越多， FE 也越大，在半导体薄片 c 、 d 方向的端面之间建立的电动势 EH 就是霍尔电势。 由图可以看出，流入激励电流端的电流 I 越大、作用在薄片上的磁场强度B 越强，霍尔电势也就越高。磁场方向相反，霍尔电势的方向也随之改变，因此霍尔传感器能用于测量静态磁场或交变磁场。 半导体薄片置于磁感应强度为 B 的磁场中，磁场方向垂直于薄片，如图所示。当有电流 I 流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势 EH ，这种现象称为霍尔效应，该电动势称为霍尔电势，上述半导体薄片称为霍尔元件。 原理简述如下：激励电流 I 从 a 、 b 端流入，磁场 B 由正上方作用于薄片，这时电子 e 的运动方向与电流方向相反，将受到洛仑兹力 FL 的作用，向内侧偏移，该侧形成电子的堆积，从而在薄片的 c 、 d 方向产生电场 E 。电子积累得越多， FE 也越大，在半导体薄片 c 、 d 方向的端面之间建立的电动势 EH 就是霍尔电势。 由图可以看出，流入激励电流端的电流 I 越大、作用在薄片上的磁场强度B 越强，霍尔电势也就越高。磁场方向相反，霍尔电势的方向也随之改变，因此霍尔传感器能用于测量静态磁场或交变磁场。
地磁感应
利用地球磁场进行车辆检测的地磁传感器 地磁传感器可用于检测车辆的存在和车型识别。这种利用车辆通过道路时对地球磁场的影响来完成车辆检测的传感器与目前常用的地磁线圈（又称地感线圈）检测器相比，具有安装尺寸孝灵敏度高、施工量孝使用寿命长，对路面的破坏小（有线安装只需要在路面开一条5毫米宽的缝，无线安装只需要在路面打一个直径55毫米深150毫米的洞，当在检测点吊架或侧面安装时不用破坏路面）等优点，在智能交通系统的信息采集中必将起到非常重要的作用。 1.车辆检测传感器的现状 随着经济的飞速发展，基础设施的投资力度越来越大，表现之一就是道路建设。但是由于道路建设周期一般较长，其增长远远跟不上车辆的急剧增长，使得交通状况日益恶化，这几乎成为所有城市的通玻改变目前这种交通现状的有效解决办法就是在城市交通管理部门建立完善的交通监控系统。交通监控系统的主要目标是适应动态交通状况的变化。即通过采集交通数据并将其传输到交通管理中心，在中心进行分析，根据分析结果，中心通过控制车辆出入和信号灯，从而更好地管制交通；中心还可以利用这些数据在发生交通事故时迅速采取措施。同时管理中心可把采集的交通数据传给司机，这有助于减缓交通拥挤，优化行车路线。运用交通监控系统可以提高现有道路的通行能力，协调处理突发性交通事件，缓和交通阻塞，从而改善交通状况。数据采集系统在交通监控系统中起着非常重要的作用，所以研究有更高应用价值的数据采集系统是必要的。车辆检测传感器是数据采集系统的关键部分，传感器的性能对数据采集系统的准确性起决定作用。传统的交通数据采集是通过在路面上铺设地感线圈传感器，这种方法有以下缺点： 一、是线圈在安装或维护时必须直接埋入车道，这样交通会受到阻碍； 二、是埋置线圈的切缝软化了路面，容易使路面受损； 三、是工程施工时，出于无意或由于需要切断线圈的现象也会发生，结果常常使线圈无法使用； 四、是感应线圈易受到冰冻、盐碱或繁忙交通的影响； 五、是感应线圈寿命一般为二年，之后要破坏路面，重新铺设等。其它传感器如超声波传感器容易受环境的影响，当风速6级以上时，反射波产生漂移而无法正常检测；探头下方通过的人或物也会产生反射波，造成误检；红外传感器工作现场的灰尘、冰雾会影响系统的正常工作。 而且，以上几种传感器都是根据车长来识别车辆的类型，无法识别载重车辆。 在未来的智能交通运输系统中，交通数据采集器将大范围覆盖街道和公路，从而发挥数据采集的优势。传感器的检测准确度对区域监控方案的产生非常重要，所以用一种先进的、稳定准确的传感系统代替现有的落后的传感系统就成为一个亟待解决的问题。 另外，由于建设高速公路的投资较大，贷款筑路、收费还贷的政策早已深入人心。但是高速公路上的收费站大大地降低了高速公路的通行能力。国外已有实行不停车收费的例子。在国内内，不停车收费也是这种收费制式的发展方向。在不停车收费中，需要数据采集器自动识别车型以便根据不同的车型收取相应的费用。这就要求数据采集器不仅能检测车流，而且还要准确识别出过往车辆的类型。现有的数据采集系统通常都是根据车长来识别车型，无法识别载重车辆，更不能满足收费系统中根据车重来收费的要求。 2.地磁传感技术及其优点 地球的磁场在几公里之内基本上是恒定的，但大型的铁磁性物体会对地球磁场产生巨大的扰动，地磁传感器可以分辨出地球磁场6000分之1的变化，而当车辆通过时对地磁的影
传感器课程设计——霍尔传感器测量磁场要点
目录 一、课程设计目的与要求 (2) 二、元件介绍 (3) 三、课程设计原理 (6) 3.1霍尔效应 (6) 3.2测磁场的原理,载流长直螺线管内的磁感应强度 (8) 四、课程设计内容 (10) 4.1电路补偿调节 (10) 4.2失调电压调零 (10) 4.3按图4-3接好信号处理电路 (10) 4.4按图4-4接好总测量电路 (11) 4.5数据记录与处理 (12) 4.6数据拟合 (14) 五、成品展示 (16) 六、分析与讨论 (17) 实验所需仪器 (19) 个人总结 (20) 致谢 (21) 参考文献 (22) 参考网址 (22)
一、课程设计目的与要求 1.了解霍尔传感器的工作原理 2.掌握运用霍尔传感器测量磁场的方法
二、元件介绍 CA3140 CA3140高输入阻抗运算放大器,是美国无线电公司研制开发的一种BiMOS高电压的运算放大器在一片集成芯片上，该CA3140A和CA3140 BiMOS运算放大器功能保护MOSFET的栅极（PMOS上）中的晶体管输入电路提供非常高的输入阻抗，极低输入电流和高速性能。操作电源电压从4V至36V（无论单或双电源),它结合了压电PMOS晶体管工艺和高电压双授晶体管的优点.(互补对称金属氧化物半导体)卓越性能的运放。 应用范围: .单电源放大器在汽车和便携式仪表 .采样保持放大器 .长期定时器 .光电仪表 .探测器 .有源滤波器 .比较器 .TTL接口 .所有标准运算放大器的应用 .函数发生器 .音调控制 .电源 .便携式仪器
3503霍尔元件 UGN3503LT，UGN3503U和UGN3503UA霍尔效应传感器准确地跟踪磁通量非常小的变化，密度变化通常太小以致不方便操作霍尔效应开关。 可作为运动探测器，齿传感器和接近探测器，磁驱动机械事件的镜像。作为敏感电磁铁的显示器，就可以有效地衡量一个系统的负载量可以忽略不计的性能，同时提供隔离污染和电气噪声。 每个霍尔效应集成电路包括一个霍尔传感元件，线性放大器和射极跟随器输出级。 三种封装形式提供了对磁性优化包大多数应用程序。封装后缀“LT”是一个缩影SOT-89/TO243AA表面贴装应用的晶体管封装;后缀“U”是一个微型三引脚塑料SIP，而'UA'是一个三引脚超小型SIP协议。所有器件的额定连续运行温度范围为-20 °C至+85°C。 特点: ·极为敏感 ·至23 kHz的平坦的响应Array·低噪声输出 ·4.5 V至6 V的操作 ·磁性优化装箱 图2-4 3503霍尔元件封装及引脚图
基于地磁传感器的车位检测系统设计
基于地磁传感器的车位检测系统设计 摘要：针对近年来兴起的开放式停车场技术，文章 利用三轴地磁传感器HMC5883检测车位中的车辆停放状况，并将传感器的检测数据送至stc12c1052ad单片机，利用动 态波形特征提取算法运算处理，从而确定车辆的停放状态，通过无线发送模块将数据传送到管理终端。管理终端接收的数据通过stc89c52芯片运算整合，将车位状态显示在液晶 屏上，极大的方便了停车场的管理。 关键词：地磁传感器；车位检测；无线传感器网络 1 系统方案设计 1.1 地磁传感器原理 地磁场是一个磁场强度随位置和时间变化而变化的弱 磁场，平均感应强度为50000-60000nT。在没有外部磁场干扰时，传感器内部磁阻电流密度矢量[2]一般呈直线状态；当外部磁场扰动时，电流密度矢量因霍尔效应会与电场方向偏离一定角度，因此，电流的大小和方向将变化，电阻值变化。 设计采用霍尼韦尔公司的三轴地磁传感器HMC5883，HMC5883可以同时感应水平和垂直三个方向的地磁强度。 仅需要判断车位中是否有车辆停放，不必知道车辆停放的空间姿态，所以只使用到了其中的X轴，而另外两轴可以为其
他功能的扩展提供用途，如通过三个轴的磁场感应强度计算出车辆的空间位置状态，从而实现帮助驾驶员规范停车等功能。检测停车位是否有车辆，HMC5883地磁传感器放置如图1，车辆沿x轴的负方向进入停车位，当车辆进入停车位时，x轴产生的磁场变化最大，因此只需读取x轴的变化便可判断车辆的有无，Y轴和z轴均与x轴垂直，z轴指向天空，Y轴与车辆行驶方向垂直，因此几乎不受影响。 1.2 系统结构设计 系统主要由车位检测小板，网络节点，管理终端组成[3]。由安装在车位中的检测小板检测车位数据，通过无线网络将数据发送到管理终端运算处理，显示车位信息，并将数据存入数据库。 2系统硬件电路设计 地磁车位检测小板的检测与发送装置的电路，主要由芯片STC12C1052、霍尼韦尔HMC5883、315MHz无线收发模块，tps61070电源模块等组成，实现对地面磁感线疏密度的检测功能，当车辆停止在检测板上方时，会对该处的地球磁场产生扰动，影响HMC5883内部的铁镍合金的电阻率改变，进而将磁场变动的信号发送给STC12C1052，由 STC12C1052运算处理，再控制315MHz发射模块发送信息给管理终端。检测发送装置的原理设计电路如图3所示。 3 系统软件设计
GMR磁场传感器的工作原理
GMR磁场传感器的工作原理 巨磁电阻（GMR）效应是1988年发现的一种磁致电阻效应，由于相对于传统的磁电阻效应大一个数量级以上，因此名为巨磁电阻(Giant Magnetoresistanc)，简称GMR。 1. 巨磁电阻（GMR）原理，见图一。 巨磁电阻（GMR）效应来自于载流电子的不同自旋状态与磁场的作用不同，因而导致的电阻值的变化。这种效应只有在纳米尺度的薄膜结构中才能观测出来。赋以特殊的结构设计这种效应还可以调整以适应各种不同的性能需要。 2. 巨磁电阻（GMR）传感器原理，见图二。 巨磁电阻（GMR）传感器将四个巨磁电阻（GMR）构成惠斯登电桥结构，该结构可以减少外界环境对传感器输出稳定性的影响，增加传感器灵敏度。工作时图中“电流输入端”接5V~20V的稳压电压，“输出端”在外磁场作用下即输出电压信号。
3. 巨磁电阻（GMR）传感器性能，见图三，表一。 图三所示为巨磁电阻（GMR）传感器在外场中的性能曲线，表明该传感器在±200Oe的磁场范围类有较好的线性。 表一所示为国际上各公司生产的巨磁电阻（GMR）传感器的性能对照，表中标注有（库万军）处为本公司产品。对比表明本公司的产品无论灵敏度或线性范围都有较大的优越性，而且本公司产品性能仍在不停的丰富和完善过程中。更为重要的是，本公司产品采用特殊的结构，适宜于采用半导体集成化规模生产，因此生产成本低。
3. 产品使用说明 a.巨磁电阻（GMR）传感器作为一种有源器件，其工作必须提供5~20V的直流电源。而且该 电源的稳定性直接影响传感器的测试精度，因此要求以稳压电源提供；使用中也应避免过电压供电； b.巨磁电阻（GMR）传感器作为一种高精度的磁敏传感器，对使用磁环境也有一定的要求， 其型号选用应根据使用环境的磁场大小来决定； c.巨磁电阻（GMR）传感器对磁场的灵敏度与方向有关。其外形结构上标注的敏感轴为传感 器对磁场最为灵敏的方向，参见图四。当不平行时，灵敏度降低，其关系为 Sθ=S0COSθ 其中Sθ为磁场方向与传感器敏感轴间的夹角为θ时的灵敏度，S0为磁场方向与传感器敏感轴平行时的灵敏度。 图4 巨磁电阻（GMR）传感器外形结构及接线图 d.对于输出特性相对于外磁场为偶函数时，则将传感器作为测量使用时需要外加偏置磁场。理想情况偏置磁 场的大小为传感器保持线性范围磁场的1/2。
三轴地磁传感器封装新思路 解决高温可靠性问题
三轴地磁传感器封装新思路解决高温可靠性问题 三轴磁传感器，又称电子罗盘，在无人机、智能手表、导航设备中广泛普及和应用。针对需要侦测物体运动变化情况，三轴磁传感器承载着至关重要的绝对指向作用，为稳定飞行、辅助导航等多样化功能保驾护航。也正如此，三轴磁传感器的可靠性是这些装置稳定运作的基石。 不过，现今一般市场上常见的三轴磁传感器，多采用一个直立式Z轴配合一个水平XY轴感测的结构。这种传感器采用多芯片封装，通过Epoxy封装材料和焊接方式，将一个水平、一个垂直的传感器，和一个负责感应X、Y轴两个维度的磁场水平传感器透过金线或焊接固定在一起，垂直传感器负责感应Z轴维度磁场大小。直立式Z轴传感器因为感应片自身结构直观，设计也较为简单。但是，由于直立式Z轴结构在封装较复杂而形成结构弱点，例如因热涨冷缩而线路断裂或接点的结构变化，引发一些常见的使用及售后的弊端。 直立式Z轴传感器容易出现线路断裂、封装材料挤进焊接点等问题 对于使用直立式Z轴结构地磁传感器的厂商、用户而言，最大的顾虑就是它相对稳定定较差。例如在生产过程中，返工或小量手工生产需要使用热风枪焊接，在焊接过程中容易出现因高温引起的传感器损坏问题，例如线路断裂、封装材料挤进焊接点等。除直接损坏之外，高温焊接过程还可能导致传感器数值偏离，因此在批量生产过程中，常常发生10%或更高比率的不良品，需要返工重修，这无疑增加了厂商的生产成本和时间成本。直立式Z 轴传感器结构出现故障的情况屡见不鲜，而该种传感器又大抵只能够支持Reflow两到三次，因此对于芯片使用者而言，可预见的使用风险是存在的。 此外，在用户使用过程中，由于直立式Z轴传感器对环境温度比较敏感，在遭遇极端天气抑或较大温度变化时，容易不定期出现传感器失灵的情况，导致无人机操控失灵甚至坠机，这同样也会增加用户的售后维护成本。 那么，如何解决以上问题，打造一款真正耐用的三轴磁传感器产品呢？近期，全球领先的磁传感器公司iSentek爱盛科技给予了行业全新的思路。
普及一下基础知识霍尔传感器工作原理
普及一下基础知识——霍尔传感器工作原理 霍尔传感器工作原理 霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器 霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。 霍尔效应 在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压。 霍尔元件 根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。 霍尔传感器的分类 霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。 （一）线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。 （二）开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。
霍尔IC S-5711A系列 SII的霍尔IC是采用小型封装的高灵敏度、低消耗电流的IC。 可检测两极(N极和S极) 磁性，通过与磁石的组合，可进行各种设备的开/关检测。 S-5711A 系列是采用CMOS 技术开发的高灵敏度、低消耗电流的霍尔IC(磁性开关IC)。 可检测出磁束密度的强弱，使输出电压发生变化。通过与磁石的组合，可进行各种设备的开/关检测。 由于采用了超小型的SNT-4A 或SOT-23-3 封装，因此可高密度安装。同时，由于消耗电流低，因此最适用于便携设备。 特点 ? 内置斩波放大器 ? 可选范围广，支持各种应用 检测两极、检测S极、检测N极(*1)、 动态“L”、动态“H”(*1) Nch开路漏极输出、CMOS输出 ? 宽电源电压范围：2.4 V ~ 5.5 V ? 低消耗电流：5.0 μA 典型值、8.0 μA 最大值 ? 工作温度范围：－40℃~ ＋85℃ 磁性的温度依赖性较小 ? 采用小型封装：SNT-4A, SOT-23-3 ? 无铅产品 用途 ? 手机(翻盖式、滑盖式等) ? 膝上型电脑 ? 数码摄像机 ? 玩具、游戏机 ? 家用电器产品 标准电路
MEMS陀螺仪与地磁传感器
尽管2009年全球经历了空前的经济危机，但是MEMS市场并没有受到影响，市场总值几乎与2008持平，出货量比2008年同期增长大约10%，这些数据表明，MEMS在消费电子市场的渗透率正在不断提高。据市调机构iSuppli的最近一份市场研究报告显示，2010年以及以后的MEMS市场前景光明，预计2010年MEMS市场重新回到的两位数增幅，2009-2013期间的总年复合增长率达到12.2%。 事实上，MEMS传感器是消费电子实现创新应用不可或缺的关键元器件。近年来，从游戏机到手机，从笔记本电脑到白色家电，很多消费电子产品利用低g加速计，实现了运动控制的用户界面和增强型保护系统。现在该轮到MEMS陀螺仪和地磁感应计发挥作用，推动新一波令人兴奋的创新应用高速增长。 有关能够测量线性加速度的MEMS加速计的技术文章已经很多，因此，本文基本上不涉及加速传感器，把更多的笔墨留给陀螺仪、地磁感应计等具有多个自由度检测功能的元器件。 MEMS陀螺仪 陀螺仪能够测量沿一个轴或几个轴运动的角速度，是补充MEMS加速计功能的理想技术。事实上，如果组合使用加速计和陀螺仪这两种传感器，系统设计人员可以跟踪并捕捉三维空间的完整运动，为最终用户提供现场感更强的用户使用体验、精确的导航系统以及其它功能。 ST在MEMS市场的份额正在快速增长。作为全球公认的消费电子和手机市场最大的MEMS传感器供应商，ST最近推出了30款以低功耗和小封装为特色的高性能陀螺仪。 ST陀螺仪的核心元件是一个微加工机械单元，在设计上按照一个音叉机制运转，利用科里奥利原理把角速率转换成一个特定感应结构的位移。 我们以一个单轴偏航陀螺仪为例，探讨最简单的工作原理（图1）。两个正在运动的质点向相反方向做连续运动，如蓝色箭头所示。只要从外部施加一个角速率，就会出现一个科里奥利力，力的方向垂直于质点运动方向，如黄色箭头所示。产生的科里奥利力使感应质点发生位移，位移大小与所施加的角速率大小成正比。因为传感器感应部分的运动电极（转子）位于固定电极（定子）的侧边，上面的位移将会在定子和转子之间引起电容变化，因此，在陀螺仪输入部分施加的角速率被转化成一个专用电路可以检测的电参数。 图1:单轴MEMS偏航陀螺仪
地磁传感器_磁感应计_电子罗盘(compass)原理
内容 MID中的传感器 1 加速计 2 陀螺仪 3 地磁传感器 4
MID中的传感器——已商用的传感器 ◆触摸屏 ◆摄像头 ◆麦克风（ST：MEMS microphones……） ◆光线传感器 ◆温度传感器 ◆近距离传感器 ◆压力传感器（ALPS：MEMS气压传感器……） ◆陀螺仪（MEMS） ◆加速度传感器（MEMS） ◆地磁传感器（MEMS）
集成电路（Integrated Circuit，IC） 把电子元件/电路/电路系统集成到硅片（或其它半导体材料）上。 微机械（Micro-Mechanics） 把机械元件/机械结构集成到硅片（或其它半导体材料）上。 微机电系统（Micro Electro Mechanical Systems，MEMS）MEMS = 集成电路+ 微机械
陀螺仪（Gyroscope） ?测量角速度 ?可用于相机防抖、视频游戏动作感应、汽车电子稳定控制系统（防滑）加速度传感器（Accelerometer） ?测量线加速度 ?可用于运动检测、振动检测、撞击检测、倾斜和倾角检测 地磁传感器（Geomagnetic sensor） ?测量磁场强度 ?可用于电子罗盘、GPS导航
陀螺仪+加速计+地磁传感器 ?电子稳像(EIS: Electronic Image Stabilization)?光学稳像(OIS: Optical Image Stabilization)?“零触控”手势用户接口 ?行人导航器 ?运动感测游戏 ?现实增强
1、陀螺仪（角速度传感器）厂商： 欧美：ADI、ST、VTI、Invensense、sensordynamics、sensonor 日本：EPSON、Panasonic、MuRata、konix 、Fujitsu、konix、SSS 国产：深迪 2、加速度传感器（G-sensor）厂商： 欧美：ADI、Freescale、ST、VTI、Invensense、Sensordynamics、Silicon Designs 日本：konix、Bosch、MSI、Panasonic、北陆电气 国产：MEMSIC（总部在美国） 3、地磁传感器（电子罗盘）厂商： 欧美：ADI、Honeywell 日本：aichi、alps、AsahiKASEI、Yamaha 国产：MEMSIC（总部在美国）
无线地磁传感器原理是什么,会不会取代地感线圈
无线地磁传感器原理是什么?会不会取代地感线圈? 时代在进步，科技在发展，更好的科学技术带给我们的不只是文明成果，也更是造福全人类，而在这城市拥挤的道路上，我们又看到了科技带来的便利，很多地方的路边停车位都采用了无线地磁传感器，能更好的能够判断车位的空失，也极大的杜绝了白停车的现象。那么，无线地磁传感器其原理是什么?会不会取代地感线圈成为主流呢?下面就和德立达小编一起来分析分析。 其实，在早些年，就有一些停车行业采取过无线地磁传感器来作为停车场的感应系统，但由于其存在着准确度低、易受干扰、高功耗等一些问题，就没有受到广泛的推广，而随着科技的发展，这将不再是问题。当然能不能推广，还得看它的实际应用价值，原理是什么?比之传统的地感线圈有什么不同?
无线地磁传感器这一最新技术的作用原理就是利用地球磁 场的变化。当车辆经过或者停在无线地磁传感器上方时，相应区域内的磁场将发生变化，无线地磁传感器感知到这种变化，会对当前车辆行驶状态进行判断，并把相关信息通过无线通讯实时传送给管理系统。 与地感线圈相比，无线地磁传感器探测车辆具有极高的灵敏度，通过对磁场变化的细微体察，使得车辆识别性能优越，能够最大程度地保证数据采集的准确度。此外，无线地磁传感器还具有以下显著优势： 1、安装简单易行，维护方便 无线地磁传感器不用钻孔破地埋设，而是直接牢牢粘附于地表，避免了对地面的破坏，同时极大地降低了施工的难度，缩短工期，节省安装费用，使得设备可以迅速有效地投入到使用当中。
2、抗干扰能力强 地磁检测技术不受外界电磁波干扰，雷雨天也可以正常使用，而且防水性能优良，可全天候工作。 3、安装位置灵活 在任何路面同样适用，不受附近的铁磁性物体干扰，且安装尺寸小。 4、易于掌握，管理方便 对于使用者来说，无线地磁传感器不仅成本低廉，而且操作简单，易于掌握，管理起来也十分方便，使用寿命长，一般不需维护。
地磁传感器和加速度传感器原理说明
MEMSIC地磁与G-SENSOR 气泡式加速度传感器原理 IC内嵌入一个MEMS（微机电系统），内部充满特定气体，MEMS中间是加热点，工作时加热，当手机变动时，MEMS内的加热的气体向四周移动，四周有热偶电阻，可以检测移动方向；阻值变化转化为电压变化，在由IC内的ASIC电路放大输出； 电容式G-SENSOR 硅片蚀刻成三个轴上的平板电容，每个平板电容的两块导电板之间有有弹性的介质（这种介质应是硅材料），当甩动手机时，弹簧变动，平行电容板的两块导电板之间间距变化，使得电容发生变化，经过放大输出； 电容式G-SENSOR有共振和抖动问题 地磁传感器原理 地球磁场强度约为0.4-0.6高斯 地磁种类： AMR：异响磁阻，磁体通电后，内部小磁体会与水平位置产生一个夹角，磁体阻抗发生变化，转化为电信号； AMR材质的磁性强度刚好可以覆盖地球磁场，无需处理， GMR：两个磁体之间有一层特殊金属介质，当通电后，金属层的阻抗会发生变化，转化为电信号； HALL: 霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机制时发现的。当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应。这个电势差也被称为霍尔电势差。霍尔效应应使用左手定则判断 GMR和HALL磁场强度超过地磁场，因此GMR和HALL效应做的地磁传感器还增加了集磁器，提高磁场强度。 硬磁与软磁 磁性材料按照磁化后去磁的难易程度，可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易 去掉磁性的物质叫软磁材料，不容易去磁的物质叫硬磁材料。一般来讲软磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大。 硬磁材料是指磁化后不易退磁而能长期保留磁性的一种铁氧体材料，也称为永磁材料 或恒磁材料。
简单易懂的霍尔电流传感器使用原理及相关霍尔型
简单易懂的霍尔电流传感器使用原理及相关霍尔型 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
简单易懂的霍尔电流传感器使用原理及相关霍尔型号推荐 1、开环（直放式）霍尔电流传感器 当原边电流I P 流过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件（如HG-302C） 进行测量并放大输出，其输出电压V S 精确的反映原边电流I P 。一般的额定输出标定为 4V。开环霍尔电流传感器的优点是结构简单，可靠性好，过载能力强，体积较小，开环式霍尔电流传感器一般线性度角差，且原边信号在上升和下降过程中副边输出会有不同。开环式霍尔电流传感器精度通常劣于1%。一般开环电流传感器采用的霍尔是HG-106A,HG-106C,HG-166A,HG-302A,HG-302C,HG-362A,SS495A,SS495A1。 2、闭环（磁平衡式）霍尔电流传感器 磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip，从而使霍尔器件（如HW-300B, HW-302B）处于检测零磁通的工作状态。 当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与 Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用，此时可以通过Is来测试Ip。当Ip变化时，平衡受到破坏，霍尔器件有信号输出，即重复上述过程重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件（HW-300B,HW-302B）就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，是一个动态平衡的过程。因此，宏观上看，次级的补偿电流安匝数在任何时间都与初级被测电流的安匝数相等。一般来说闭环式电流传感器比开环电流传感器的精度更高，闭环霍尔电流传感器等特点是精度高，响应快，频带宽。闭环式霍尔电流传感器由于工作在零磁通状态，磁芯的非线性及磁滞效应不对输出造成影响，可以获得较好的线性度和较高的精度。闭环式霍尔电流传感器精度一般可达%。 闭环霍尔电流传感器一般采用的霍尔是HW-300B,HW-302B,HW-322B。
用磁阻传感器测量地磁场
实验三十七 用磁阻传感器测量地磁场 地磁场的数值比较小，约T 5 10-量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测定地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量；测量地磁场的磁倾角，从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。 【实验目的】 1. 掌握磁阻传感器的特性和定标方法。 2. 掌握地磁场的测量方法。 【实验原理】 物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。 HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图1所示。薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式 θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ (1) 其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系)，使磁阻传感器输出显示线性关系。 HMC1021Z 磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出。传感器内部结构如图2所示，图中由于适当配置的四个磁电阻电流方向不相同，当存在外界磁场时，引起电阻值变化有增有减。因而输出电压out U 可以用下式
地磁传感器检测车辆存在
地磁传感器对车辆存在性检测原理 ?发表时间：2013-07-26 14:16:00 ?文章出处：传感器专家网 ?相关专题：传感器知识 地球磁场的强度在0.5 至0.6 高斯，地球磁场在很广阔的区域内（大约几公里）其强度是一定的。当一个铁磁性物体，如汽车，置身于磁场中，它会使磁场扰动，如图1，此时，放置于其附件的地磁传感能测量出地磁场强度的变化，从而对车辆的存在性进行判断。 图1，汽车对地磁场的扰动 对于车辆的存在和方向检测，不需要象对车辆进行分类时那么详细的信息，所以只需将磁传感器放置在路边，沿着被检测的车道即可，而不需要在车道上挖坑埋入磁传感器。 三轴磁传感器放在距地面1英尺高的位置，X、Y、Z轴方向定义如图2所示。
图2，车辆与磁传感器初始化设置 沿着向上方向的Z轴磁场可用来检测车辆的存在，如图3，轿车经过时Z轴的曲线，该曲线的特点是：当传感器与车辆平行时出现峰值。当在车辆距传感器1英尺的情形下，对该曲线进行平滑处理后，可用来指示车辆的存在。通过建立合适的阀值，可以滤掉旁边车道的车辆或远距离车辆带来的干扰信号。 图3，轿车经过时Z轴磁传感器的曲线图 除了上述沿着向上方向的Z轴检测到手磁场变化可用来检测车辆的存在，检测车辆存在的另一方法是观察磁场变化的大小，也就是计算出整个地磁场在汽车经过时的磁场强度变化情况，从面判断出有无汽车经过：磁场的大小＝（X^2+Y^2+Z^2）^1/2
图4显示了磁传感器距车辆1 英尺、5 英尺、10 英尺和21 英尺时，一辆轿车通过所产生的曲线。在不同距离下，Z轴的曲线形状很相似，但是信号强度却大不相同。从1英尺到5英尺，信号强度衰减得非常快。距离越远，数值快速衰减。当传感器只检测单一车道车辆，而忽略其他车道车辆的存在时，这种特点非常有用。 图4，轿车经过时磁场强度的变化曲线 磁传感器在1 至4 英尺的路边检测距离范围内可以工作得很好。通过观察磁场的变化，可以确定通过车辆的存在。这种检测方法的好处是不用将传感器及相关电路埋在地底，磁传感器也可以安装在铝制外壳中。
地磁传感器调研报告
地磁场是地球的基本物理场，全球地磁总强度在赤道处大约是30000 nT，极地可达50000 nT。它是一种传统的、简便的、可靠的定位、定向参照系统，在航空、航天、航海、石油钻探、导弹发射等国民经济和国防建设领域具有广泛的应用前景和不可替代的重要作用。上世纪60年代中期，E-Systerms就开始了对地磁导航制导技术的研究，提出并论证了磁场等高线匹配(MAGCOM)导航的概念，由于当时没有实测地磁数据，因此没有进行实验验证。直到1974－1976年，前苏联Ramenskoye设计公司采用磁通门传感器，以地磁场强度作为特征量成功进行了MAGCOM制导的离线实验。瑞典20世纪80年代开始了对地磁导航技术的研究，Carl首次提出了“Magnetic Terrain Navigation”的概念，并利用地磁异常场进行了测速、定位试验。随后的二十多年里，GPS技术取得的巨大进展暂时掩盖了地磁匹配导航的优势，使得地磁匹配导航研究没能获得深入的发展。最近几年，GPS技术暴露出各种弱点，学者们逐渐转向寻找新的导航替代方法，地磁匹配导航就成了考虑中的替代方法之一。2003年8月，美国国防部宣称他们所研制的纯地磁导航系统的导航精度为：地面和空中定位精度优于30m(CEP)；水下定位精度优于500m(CEP)。美国生产的波音飞机上配备有地磁匹配导航系统，在飞机起飞降落时使用。俄罗斯的新型机动变轨的SS－19导弹采用地磁等高线制导系统，实现导弹的变轨制导，以对抗美国的反弹道导弹拦截系统。SS－19导弹再入大层后，不是按抛物线飞行，而是沿稠密大气层沿地磁等高线飞行，使美国导弹防御系统无法准确预测来袭导弹的飞行弹道轨迹，从而大大增强了
地磁传感器应用于路边停车车辆检测
地磁传感器应用于路边停车车辆检测 地磁传感器（地磁探测器）的必要性 在现在大城市中，交通给的车辆有几十万甚至几百万，汽车通常会停靠在路边的停车场，而路边停车场的情况瞬息万变。如果能够快速探侦测到测量数量情况并且做出相应的决策，将会大大提升由此造成的停车场的容量超负荷，这对国民经济的发展以及城市的建设和规划都会产生重要的作用。 为此以广东艾科为代表的优秀地磁传感器的供应商们，全力研发了基于地磁传感器的室外停车场的路边停车车辆检测系统。利用地磁传感器的原理，使用地磁探测器采集停车位的使用个情况，通过通信系统将采集到的信息传输到停车场管理平台和政府交通控制中心，起到停车场交通的引导控制，进一步提高城市道路的通行能力、缓和城市交通拥挤。 路边停车管理系统的组成 路边停车管理系统分为数据采集层、信息处理层和信息发布层； 数据采集层由采用地磁传感器原理的地磁探测器、咪表组成，地磁探测器对车位的停车情况进行判断，并将数据上传到地磁管理器或咪表中，咪表同时记录车辆的停放和离开时间，并对所需缴纳的费用进行计算； 信息处理层由地磁管理器组成，其安装在户外，主要用于接收地磁探测器发送过来的车位状态信息，并将其信息通过RS485传输到后台的数据中心； 信息发布层主要由信息引导屏和停车管理系统后台组成，通过信息引导屏将停车场内的剩余车位发布给车主，车主即可根据信息引导屏显示的信息有序的停车；而路边停车管理系统的后台则显示了整个停车场的停车情况，包括使用率、同比分析等，让停车场管理员一目了然。 地磁探测器的实现原理
基于集成电路的异向性磁阻传感器就是一种应用于地磁感应的传感器，它能够快速检测惊天地磁的同时，轻松的获取地磁的方向和大小等地磁参数。地磁传感器的一般应用是将四个AMR传感器电阻条进行相互连接，进而形成一个典型的惠斯通电桥，这样就可以测出沿着单一轴线的磁场强度和方向。AMR地磁传感器最突出的特点就是它可以通过沉积硅片的方式进行量产，封装为专有的IC外形，这样使得地磁传感器可以被集成在系统元器件或其他电路中。 地球磁场在一定范围内是均匀和稳定的，当有铁质的物体进入时，会对一定范围内地球磁场产生扰动。含铁质的汽车会对地球的磁场产生弯曲扰动，地磁传感器则会敏锐的察觉到这些弯曲扰动，从而判别出车位上是否有车辆停放。 地磁探测器在路边停车中的作用 1、检测车位空间地球磁场矢量数据 2、判断车位空闲/占用状态变化，自动上传数据 3、低电量时发出警告 4、低功耗运行 由地磁传感器衍生出的路边停车管理系统则可以： 1、采用地磁方式检测车辆导到-离去； 2、将车位信息处理并将信息传递给远程停车服务管理平台； 3、车主自助停车货收费员使用手持POS终端机，完成录入、计时、收费、拍照（拍好抄录）等工作； 4、将车位信息发送至停车诱导系统； 5、利用价格杠杆的调节作用，实行按时收费和阶梯价格，提高公共车位的利用率。 地磁传感器的供应情况
霍尔位置传感器原理和应用
霍尔位置传感器原理和应用 一．霍尔位置传感器的特点： 霍尔位置传感器是一种检测物体位置的磁场传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔位置传感器以霍尔效应原理为其工作基础。 霍尔位置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。 霍尔位置传感器开关型输出的具有无触点、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）。采取了各种补偿和保护措施的霍尔位置传感器的工作温度范围可达到－55℃～150℃。 按照霍尔位置传感器的功能可将它们分为:霍尔线性型传感器和霍尔开关型传感器。前者输出模拟量，后者输出数字量。 霍尔位置传感器通过它对磁场变化的测量，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，因而有着广泛的用途。 二．霍尔位置传感器的原理： 2.1霍尔效应和霍尔元件
在一块通电的半导体薄片上，加上和片子表面垂直的磁场B，在薄片的横向两侧会出现一个电压，如图1中的VH，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。VH称为霍尔电压。 这种现象的产生，是因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下，分别向片子横向两侧偏转和积聚，因而形成一个电场，称作霍尔电场。霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。这时，片子两侧建立起一个稳定的电压，这就是霍尔电压，这个半导体薄片称为霍尔元件。霍尔元件可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP等等。 2.2 霍尔集成电路 霍尔集成电路是将一个霍尔元件和电压放大电路、信号处理电路集成在同一个硅芯片上，生产出单片霍尔集成电路，它又分为霍尔线性电路和霍尔开关电路。
地磁传感器设计研究
测控电路设计 专业：测控技术与仪器 班级：09050341X 姓名：贺建智 学号：42
地磁传感器设计研究 1．设计思路 （1）针对所选用磁场敏感头的工作特性，选择合适器件，明确磁场检测模块的工作原理。（2）鉴于磁场检测单元的温度敏感特性，设计信号调理模块，实现了宽温度范围内的灵敏度补偿与零点补偿。 （3）鉴于数字式磁场强度传感器的应用特点，设计出传感数字化与逻辑控制模块。 （4）绘制各个模块的硬件电路图和整体电路图，并对所进行的设计进行相关的调试和校准。2．设计方案 2.1霍尔元件的结构及原理： 如图1所示,霍尔元件是均匀的N型半导体材料制成的矩形薄片,长为L,宽为b,厚为d。当在1、2两端加上电压,同时有一个磁场B 垂直穿过元件的宽面时, 在3、4两端产生电位 差UH , 这种现象就是霍尔效应。霍尔效应从本 质上讲是运动的带电粒子在磁场中受到洛仑兹 力作用而引起的偏转。当带电粒子被约束在固体 材料中,这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方 向上产生正负电荷的积累,从而形成附加的横向 电场。霍尔片内定向运动的载流子所受洛仑兹力图1 和静电作用力相等时, 3、4两端将建立起稳定的电位差,即霍尔电压U H : U H = K H· IB (1) 式中, KH 为霍尔元件的灵敏度。对于给定霍尔片, KH 是常数, 它仅与霍尔片的材料性质及几何尺寸有关。当工作电流I和磁感应强度B 一定时, KH 的数值越大, 霍尔电压也就越高,也就是灵敏度越高。由式(1)可得: B =U H/（K H·I） (2) 从式( 2 ) 可知, 如果已知霍尔片的灵敏度K H,只需测出工作电流I和霍尔电压U H就可求得B。U H的单位取为mV, I的单位取为mA，B 的单位为T, K H的单位即为mV / (mA·T) 。 2.2霍尔传感器不等位电动势补偿和温度补偿 2.2.1不等位电动势Uo及其补偿 不等为电动势是产生零位误差的主要因素。由于制作霍尔元件时，不可能保证将霍尔电
无线地磁传感器和地感线圈的优劣对比
和地感线圈的优劣对比 无线地磁传感器和地感线圈的优劣对比 无线地磁传感器 在市场经济大环境下，随着汽车行业的快速发展，城市汽车保有量持续增加，停车行业顺势崛起，并在需求导向下，基于充足的资金和技术力量的投入，研制出大量的停车引导技术和设备，投入到城市静态交通网络的构建之中。 技术的革新必然意味着设备的更新换代，当车辆检测对于数据准确度的要求越来越高，原有技术渐渐难以满足市场需求时，地感线圈这一从20世纪60年代起就被广泛接受和使用的车辆检测手段，便迎来了新一代科技结晶无线地磁传感器的正面挑战。相对于地感线圈来说，无线地磁传感器在关键的数据采集、铺设简易程度等方面无疑都具有压倒性优势。 地感线圈存在的问题 地感线圈是早期技术相对成熟的车辆检测装置，被广泛应用于停车场出入口等处检测车辆的行驶状况，进而统计停车场空满车位数等情况。 001——传统的磁感线圈 地感线圈的作用原理很简单，通过在地面造出的直径约一米左右的圆形沟槽或面积相当的矩形沟槽
中，埋入两到三匝导线，从而构成一个埋于地表的地感线圈，这个线圈与电容一起共同组成振荡电路。当有大的金属物体比如汽车驶过时，空间介质发生变化引起振荡频率的改变，这个变化就可以作为有汽车经过的证实信号。 可以看出，技术关键是设计出的振荡器稳定可靠并且有汽车经过时频率变化明显。使用这种方法进行交通数据采集时，因受限较大，存在准确性较低，很多时候只能统计大概的数字，而且感应的错误会形成累加性错误。除此之外，地感线圈还有以下几个缺点： 1．安装破坏路面，维护不便。地感线圈在埋设时需要造出直径一米左右的沟槽，对路面的破坏性大，施工时间长，工人劳动强度大，而且施工期间会阻碍交通，后期维护还需要破开路面，十分不便。 2．技术存在缺陷。在交通高峰期，当一辆车紧接着另一辆车驶过时，地感线圈难以判定实际车辆数，易造成误检。根据车长来识别车辆的类型，无法识别载重车辆，更不能满足收费系统中根据载重来收取费用的需求。 3．易受环境影响。地感线圈不耐冰冻、盐碱，闪电雷击、相邻线圈之间存在干扰。 无线地磁传感器的优势 地球的磁场在几公里之内基本上是恒定的，但大型的铁磁性物体会对地球磁场产生巨大扰动。无线地磁传感器这一最新技术的作用原理就是利用地球磁场的变化。当车辆经过或者停在无线地磁传感器上方时，相应区域内的磁场将发生变化，无线地磁传感器感知到这种变化，会对当前车辆行驶状态进行判断，并把相关信息通过无线通讯实时传送给管理系统。 002——新型无线地磁传感器