霍尔传感器的课程设计

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1、信息科学与工程学院学生实训（验）报告单设计名称指导教师班级名称学年学期信息科学与工程学院1概述1.1引言霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器，它具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小和耐高温等特点，在机车控制系统屮占有非常重要的地位。1.2传感器未来的发展趋势由丁传感器在市场需求很大和它在控制系统中起到的重要作用，世界各国对其理论研究非常重视，也不断的岀现新的产品。未来传感器技术发展的新途径将会是：功能化、模块化、智能化、微型化。传感器的具体发展方向可以主要概括为以下几个方面：(1)在传感器的原理上，利用新材料生产新型传感器。(2)开发多功能化

2、的传感器，主耍是可将放大、整形、补偿等外围电路一体化的集成化传感器和智能小型传感器。(3)开发数字输出型传感器，随时能与微机相连。(4)实现传感器控制信号直接显示，这种新型传感器主要有以下几种：用于舒适性和安全性的环境传感器、用于实现夜视功能的传感器、用于实现汽车主动安全的传感器、用于实现线控转向与制动的传感器、用于驾驶员身份识别的生物统计传感器以及遥感勘测传感器等。1.3传感器在汽车电子中的应用汽车传感器是汽车部件中一种重要的传感电子设备，随着汽车配置的越来越高，汽车传感器也越来越先进。汽车霍尔电子控制装置的应用也越来越广泛，每个电子控制装置都包括传感器、

3、电控单元、执行机构三部分。它利用传感器监测汽车有关工作状况，并将相关信息传给电控单元，电控单元经过分析、运算、判断后，发送指令给执行机构,从而使汽车的工作状况达到最佳。车用传感器主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、汽车测速系统、车身控制系统和防抱死装置。它的应用大大提高了汽车电子化程度，增加了汽车驾驶的安全系数。2霍尔传感器的基本原理2.1关于霍尔原理的解释2.1.1霍尔效应的定义通电导体在垂直电流方向的磁场作用下，在与电流和磁场垂直的方向上形成电荷积累和出现电势差的现象，称为霍尔效应。2.1.2霍尔效应的解释如图2・1所示，置于磁场屮的静止载流导体，当它

4、电流方向和磁场方向不一致时，载流导体上垂直于电流和磁场上产生电动势，该电动势称为霍尔电动势，如图2-1所示。在垂直于外磁场B方向上放置一导电板，给导体通以电流I,导电板屮的屮自由电子在洛伦兹力大小为fL=eBv(2-1)式中：e代表电子电荷，B代表磁场的强度，v表示电子运动的平均速度。此时电子除了沿电流方向做定向运动外，还在九的作用下漂移，结果使金属导电板内侧面积积累电子。而外侧面积累正电荷从而形成附加内电场，称霍尔电场，该电场强度为Eh=—(2-2)b式中：〃表示电势差。霍尔电场的出现，使自由电子除了受到洛伦兹力的作用外还受到电场力的作用，此力阻止电荷继续

5、积累，随着内外侧积累电荷的增加，电场增强，电子所受到的电场力也增大。当增大到与洛伦兹力相等时达到平衡(两个力方向相反)，电荷不再积累。Eh=BvcEh=eBv(2-3)(2-4)若金属导电板的单位体积内的电子数为n,电子的平均速度为v,则产牛的电流为(d表示导电板厚度)I=nevbd将(2・5)与(2-4)联立得将上式的带入(2-2)得Eh=IBnebd式中令7?//=丄，称之为霍尔常数,neuh=^^=khibd(2-5)(2-6)(2-7)(2-8)式中，皿=占是霍尔片的灵敏度。a2.2霍尔传感器的构成及分类霍尔传感器是由霍尔元件、放大器、温度补偿电路及

6、稳压电源设计在一个芯片上构成的。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。2.3霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用十分广泛。线性霍尔传感器主耍是用于一些物理量的测量，比如对电流和位移的测量。开关型霍尔传感器主要用于测转数、转速、风速、流速、接近开关、关门告知器、报警器、自动控制电路等。3霍尔传感器在汽车电子系统中的应用3.1霍尔传感器在汽车测速中的应用测速装置在机车控制系统中占有非常重要的地位，对测速装置的要求是分辨能力强、高精度和尽可能短的检测时间。本设计介绍了应用霍尔传感器通过测量磁场强度，来得到稳定的脉冲方波信号，实现机车转速的测量。3.1.

7、1工作磁体的设置将一非磁性圆盘固定装在电机转轴上，圆盘边缘等距离用环氧树脂粘贴块状磁钢，磁钢采用永久磁，如图3・1所示。由于霍尔传感器的磁特性，我们这里把磁场作为霍尔传感器运动和位置的载体，通常情况下我们用永久磁钢作为磁场。当两齿轮之间空隙正对霍尔传感器时，磁力线比较分散，测得场强比较弱。如果某一齿正对霍尔传感器时，穿过的磁力线比较多，场强较人。由于此过程中磁力线密度发生变化而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个方波电压。图3-1霍尔传感器检测信号图2.1.2工作原理在汽车测速系统中霍尔传感器与机轴相连接，当汽车运动时机轴每转一周，产牛一定的脉冲个数，霍尔

8、器件将所产生的信号输入机车中的小型微机中，微机对所接