传感器课程设计说明书线性霍尔元件位移传感器

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1、江苏大学传感器课程设计传感器课程设计说明书线性霍尔元件位移传感器学号：学院名称：专业班级：学生姓名：教师姓名：教师职称：2015年1月江苏大学传感器课程设计线性霍尔元件位移传感器设计任务书一、设计题目线性霍尔元件位移传感器二、设计目的课程设计是工科各专业的主要实践性教学环节之一，是围绕一门主要基础课或专业课，运用所学课程的知识，结合实际应用设计而进行的一次综合分析设计能力的训练。《传感器技术》是测控技术与仪器专业的一门专业技能课，能够运用基本测控电路知识解决日常生活中的问题是本专业学生的基本素质。本次

2、课程设计旨在培养学生运用所学过的理论知识，初步掌握解决实际应用问题时所应具有的查阅资料、综合运用所学知识的能力，为课程设计及今后从事专业学习工作打下坚实的基础。三、设计内容及要求1.掌握传感器工作原理2.掌握信号处理电路的作用与原理3.画出各电路处理后的信号波形4.对位移进行测量（正负位移均三次以上）5.算出传感器的迟滞误差、线性度6.写出说明书。四、设计方法和基本原理1.问题描述设计一个既能测量位移的大小，也能判别方向的线性霍尔元件位移传感器。2.解决方案①搜集资料，确定电路原理图（包括激励信号电路

3、、消除不等位电势补偿电路、放大电路、移相电路、相敏检波电路和低通滤波电路等信号处理电路）②搭建实物测量系统，调试各部分电路。③测试得出相应的实验数据，给出相应的波形，计算出传感器的量程、线性度和灵敏度、迟滞误差。写出说明书，答辩。江苏大学传感器课程设计目录第一章引言2第二章霍尔传感器工作原理22.1霍尔效应22.2霍尔元件的主要特性42.3霍尔传感器的应用4第三章测量系统组成73.1霍尔元件的误差及补偿73.1.1霍尔元件的零位误差与补偿73.1.2霍尔元件的温度误差及补偿73.2直流激励的霍尔传感器

4、电路83.3交流激励的霍尔传感器电路83.3.1传感器补偿放大电路83.3.2移相电路93.3.2相敏检波电路103.3.4低通滤波电路10第四章电路测试与结果114.1进行各部分电路线路元件的连接组装114.2移相电路的测试124.3相敏检波电路的测试134.4低通滤波电路测试15第五章传感器测试与数据处理165.1传感器的回程差165.2传感器的灵敏度175.3传感器的线性度18江苏大学传感器课程设计第五章心得体会19致谢20参考文献21附录226.1直流激励数据226.2交流激励数据23江苏大学

5、传感器课程设计26江苏大学传感器课程设计第一章引言位移是与物体的位置在运动过程中的移动有关的量，目前测量位移的方法相当多，小位移通常使用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔等位移传感器器来测量，大的位移常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等位移传感器来测量。位移式传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制。线性霍尔元件位移传感器，因其结构简单、测量线性范围大、测量电路可靠、具有较高的分辨力和灵敏度以及价格低廉等优点，在许多行业的位移测量系统中得以广泛应用。霍尔传感器是基于霍效应而将被测量转化

6、成电动势输出的一种传感器。霍尔元件已发展成一个品种多样的磁传感器产品簇，并且得到广泛的应用。霍尔器件是一种磁传感器，用它可以检测磁场及其变化，可以在各种与磁有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作原理。被测物体分别与恒定电流I和恒定磁场B垂直。当被测物体相对于原来位置有微小位移变化时，会产生变化的磁通量，会在导体垂直于磁场和电流的两个端面之间产生电势差，即UH（霍尔电压）。本课程设计将做出一个既能测量物体位移大小又能辨别位移方向的线性霍尔元件位移传感器，并且可以得到低的线性度和较高的灵敏度。第二章

7、霍尔传感器工作原理霍尔传感器是一种磁传感器。用它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。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。2.1霍尔效应霍尔效应Halleffect运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起偏转就是霍尔效应的实质。26江苏大学传感器课程设计图2-1霍尔效应示意图霍尔元件是由ｎ型半导体材料制成的。其长为l、宽为ｂ、厚度为ｄ。如果在M、N两端按图所示加一恒定电流I（沿X轴

8、方向通过霍耳元件）。并假定电流I是沿X轴负方向以速度运动的电子构成，电子的电量为-e，自由电子的浓度为n.则根据电流强度的定义，电流I可表示为：I=-envbd(1)若在Z轴方向加上恒定磁场B，沿负X轴方向运动的电子就受到洛伦兹力fB=evB(2)fB的方向指向负Y轴，于是，霍尔元件内部的电子聚积在下方平面。（3）随着电子向下偏移，上方平面剩余正电荷，形成Y轴负向的霍尔电压，上下两个平面间具有电势差VH。静电作用力fH与洛仑兹力fB大小相等时,有。再利用