岩体测试技术.doc

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1、霍尔传感器摘要传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。自传感器诞生以来，已经对我们的生活产生巨大的影响，现对霍尔传感器做一个简单的介绍。一前言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

2、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。二原理霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）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聚积，从而形成附加的横向电场。由■尔效应的原理知，霍尔电势的大小取决于：Rh为霍尔常

3、数，它与半导体材质有关;IC为霍尔元件的偏置电流;B为磁场强度:d为半导体材料的厚度。对于一个给定的霍尔器件，当偏置电流lc固定时，Vh将完全取决于被测的磁场强度Bo一个霍尔元件一般有四个引出端子，其中两根是霍尔元件的偏置电流IC的输入端，另两根是霍尔电压的输出端。如果两输出端构成外回路，就会产生霍尔电流。一般地说偏置电流的设定通常由外部的基准电压源给出；若精度要求高，则基准电压源均用恒流源取代。为了达到高的灵敏度，有的霍尔元件的传感面上装有高导磁系数的坡莫合金；这类传感器的霍尔电势较大，但在0.05T左右出现饱和，仅适用在低量限

4、、小量程下使用。在半导体薄片两端通以控制电流/,并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为3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SI的霍尔电压。三工作原理磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流丨从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下,I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要

5、用机械的方法来改变磁场强度。下图所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作用点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况⑴。霍尔效应传感器1■霍尔半导体元件2■永久磁铁3■挡隔磁力线的叶片四元件根据霍尔效应，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

6、、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。五分类霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。（一）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。开关型霍尔传感器还有一种特殊的形式，称为锁键型霍尔传感器。（二）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。线性霍尔传感器又可分为开环式和闭环式。闭环式霍尔传感器又称零磁通霍尔传感器。线性霍尔传感器主要用于交直流电流和电压测量。六优点、1.霍尔传感器

7、可以测量任意波形的电流和电压，如：直流、交流、脉冲波形等，甚至对瞬态峰值的测量。副边电流忠实地反应原边电流的波形。而普通互感器则是无法与其比拟的，它一般只适用于测量50Hz正弦波；2、原边电路与副边电路之间有良好的电气隔离，隔离电压可达9600Vrms;3、精度高：在工作温度区内精度优于1%，该精度适合于任何波形的测量；4、线性度好：优于0.1%;5、宽带宽：高带宽的电流传感器上升时间可小于1ps;但是，电压传感器带宽较窄，一般在15kHz以内,6400Vrms的高压电压传感器上升时间约500uS,带宽约700Hzo6、测量范围：

8、霍尔传感器为系列产品，电流测量可达50KA,电压测量可达6400Vo霍尔电流传感器使用时，需遵循以下注意事项：K为了得到较好的动态特性和灵敏度，必须注意原边线圈和副边线圈的耦合，要耦合得好，最好用单根导线且导线完全填满霍尔传感器模块孔径。2、使用中