解析:什么是霍尔传感器
霍尔传感器是一种能实现磁电转换的传感器,用它们可以检测磁场及其变化。霍尔传感器具有许多优点,它们的结构牢固,体积小,寿命长,安装方便,功耗小,频率高,耐震动,不怕灰尘、油污及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔开关器件具有无触点、输出波形清晰、无抖动、位置重复精度高等优点。
霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础。霍尔效应是半导体自由电荷受磁场洛仑磁力作用而产生,它是由美国物理学家霍尔(Edwin H. Hall)在1879年发现的。霍尔开关电路又称霍尔数字电路,由稳压器、霍尔片、差分放大器,斯密特触发器和输出级组成。根据实现功能的不同,霍尔传感器可分为霍尔线性器件和霍尔开关器件,其中霍尔线性器件输出的是模拟量,霍尔开关器输出的是数字量,即脉冲信号。
按照霍尔开关的感应方式可将它们分为:单极性霍尔开关、双极性霍尔开关、全极性霍尔开关。
单极性霍尔开关的感应方式:磁场的一个磁极靠近它,输出低电位电压(低电平)或关的信号,磁场磁极离开它输出高电位电压(高电平)或开的信号,但要注意的是,单极性霍尔开关它会指定某磁极感应才有效,一般是正面感应磁场S极,反面感应N极。
双极性霍尔开关的感应方式:因为磁场有两个磁极N、S(正磁或负磁),所以两个磁极分别控制双极性霍尔开关的开和关(高低电平),它一般具有锁定的作用,也就是说当磁极离开后,霍尔输出信号不发生改变,直到另一个磁极感应。另外,双极性霍尔开关的初始状态是随机输出,有可能是高电平,也有可能是低电平。
全极性霍尔开关的感应方式:全极性霍尔开关的感应方式与单极性霍尔开关的感应方式相似,区别在于,单极性霍尔开关会指定磁极,而全极性霍尔开关不会指定磁极,任何磁极靠近输出低电平信号,离开输出高电平信号。
线性霍尔
线性霍尔元件是一种模拟信号输出的磁感测器,输出电压随输入的磁力密度线性变化。
线性霍尔效应感测器 IC 的电压输出会精确跟踪磁通密度的变化。在静态(无磁场)时,从理论上讲,输出应等于在工作电压及工作温度范围内的电源电压的一半。增加南极磁场将增加来自其静态电压的电压。相反,增加北极磁场将增加来自其静态电压的电压。这些部件可测量电流的角、接近性、运动及磁通量。它们能够以磁力驱动的方式反映机械事件。
线性霍尔元件是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性,一般应用于调速,测电压、电流、功率、厚度、线圈匝数等等。
1986年,Sugiyama等采用了GaAs/AlGaAs异质结构制作霍尔元件,其电流相关灵敏度达到1000V/A*T,但是灵敏度的稳定性差。而采用了超晶格结构的霍尔器件克服了这一缺陷。在之后的技术发展中,霍尔器件具有高灵敏度、低不等位电势和很高的温度稳定性,有些霍尔器件还具有很高的信噪比。
由于霍尔元件具有在静止状态下感受磁场的能力,且结构简单,形小体轻,频带宽(可从直流到微波),动态特性好、动态范围大,寿命长和可进行非接触测量等优点,故在检测技术、自动控制技术和信息处理等方面得到日益广泛应用。霍尔传感器在未来发展中的趋势将是高灵敏度、高精度和高稳定度,它将在微电子技术发展的基础上更加飞速的发展。
按照霍尔元件的功能可将它们分为:霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量,后者输出数字量。
按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性,后者是检测受检对象上人为设置的磁场,用这个磁场来作被检测的信息的载体,通过它,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。
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