霍爾傳感器方向：一種霍爾方向傳感器
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權(quán)利要求說明書
說明書
幅圖
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）發(fā)明名稱
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一種霍爾方向傳感器
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）摘要
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本實(shí)用新型公開了一種霍爾方向傳感
器，包括磁鋼，磁鋼設(shè)在探頭殼體內(nèi)部，在
磁鋼的前面設(shè)有鐵片，鐵片的前端設(shè)有兩個(gè)
霍爾感應(yīng)器；被測(cè)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磁鋼周圍產(chǎn)生
交變磁場(chǎng)信號(hào)，并將交變磁場(chǎng)信號(hào)傳送至鐵
片，在鐵片磁場(chǎng)變化作用下霍爾感應(yīng)器產(chǎn)生
交變電壓，當(dāng)設(shè)備正轉(zhuǎn)時(shí)，交變電壓與霍爾
感應(yīng)器聯(lián)接輸出正轉(zhuǎn)相位信號(hào)；當(dāng)設(shè)備反轉(zhuǎn)
時(shí)，交變電壓與霍爾感應(yīng)器聯(lián)接輸出反轉(zhuǎn)相
位信號(hào)。使用本實(shí)用新型提供的霍爾方向傳
感器，既能檢測(cè)速度又能檢測(cè)正反方向。
霍爾傳感器方向：淺析霍爾傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)向的方法
霍爾傳感器
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霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器。霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。后來發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬?gòu)?qiáng)得多，利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及信息處理等方面。霍爾效應(yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。通過霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。
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工作原理
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磁場(chǎng)中有一個(gè)霍爾半導(dǎo)體片，恒定電流I從A到B通過該片。在洛侖茲力的作用下，I的電子流在通過霍爾半導(dǎo)體時(shí)向一側(cè)偏移，使該片在CD方向上產(chǎn)生電位差，這就是所謂的霍爾電壓。
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霍爾電壓隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化，磁場(chǎng)越強(qiáng)，電壓越高，磁場(chǎng)越弱，電壓越低，霍爾電壓值很小，通常只有幾個(gè)毫伏，但經(jīng)集成電路中的放大器放大，就能使該電壓放大到足以輸出較強(qiáng)的信號(hào)。若使霍爾集成電路起傳感作用，需要用機(jī)械的方法來改變磁感應(yīng)強(qiáng)度。下圖所示的方法是用一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪作為控制磁通量的開關(guān)，當(dāng)葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時(shí)，磁場(chǎng)偏離集成片，霍爾電壓消失。這樣，霍爾集成電路的輸出電壓的變化，就能表示出葉輪驅(qū)動(dòng)軸的某一位置，利用這一工作原理，可將霍爾集成電路片用作用點(diǎn)火正時(shí)傳感器。霍爾效應(yīng)傳感器屬于被動(dòng)型傳感器，它要有外加電源才能工作，這一特點(diǎn)使它能檢測(cè)轉(zhuǎn)速低的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。
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霍爾效應(yīng)
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霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛侖茲力作用引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶電粒子（電子或空穴）被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場(chǎng)的方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的聚積，從而形成附加的橫向電場(chǎng)。對(duì)于圖一所示的半導(dǎo)體試樣，若在X方向通以電流Is，在Z方向加磁場(chǎng)B，則在Y方向即試樣A，A′電極兩側(cè)就開始聚積異號(hào)電荷而產(chǎn)生相應(yīng)的附加電場(chǎng)。電場(chǎng)的指向取決定于測(cè)試樣品的電類型。顯然，該電場(chǎng)是阻止載流子繼續(xù)向側(cè)面偏移，
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當(dāng)載流子所受的橫向電場(chǎng)力eEH與洛侖茲力相等時(shí)，樣品兩側(cè)電荷的積累就達(dá)到平衡，故有
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⑴
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其中EH為霍爾電場(chǎng)，V是載流子在電流方向上的平均漂移速度。設(shè)試樣的寬為b，厚度為d，載流子濃度為n，則
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⑵
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由⑴、⑵兩式可得
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⑶
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即霍爾電壓VH（A、A′電極之間的電壓）與ISB乘積正比與試樣厚度d成反比。比例系數(shù) 稱為霍爾系數(shù)，它是反映材料霍爾效應(yīng)強(qiáng)弱的重要參數(shù)，只要測(cè)出 VH（伏）以及知道IIs（安）、B（高斯）和d（厘 米）可按下式計(jì)算RH（厘米3/庫(kù)侖）
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分類
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霍爾傳感器分為線型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器兩種。
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（一）開關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成，它輸出數(shù)字量。開關(guān)型霍爾傳感器還有一種特殊的形式，稱為鎖鍵型霍爾傳感器。
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（二）線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。
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線性霍爾傳感器又可分為開環(huán)式和閉環(huán)式。閉環(huán)式霍爾傳感器又稱零磁通霍爾傳感器。線性霍爾傳感器主要用于交直流電流和電壓測(cè)量。。
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開關(guān)型
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如圖4所示，其中Bnp為工作點(diǎn)“開”的磁感應(yīng)強(qiáng)度，BRP為釋放點(diǎn)“關(guān)”的磁感應(yīng)強(qiáng)度。當(dāng)外加的磁感應(yīng)強(qiáng)度超過動(dòng)作點(diǎn)Bnp時(shí)，傳感器輸出低電平，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度降到動(dòng)作點(diǎn)Bnp以下時(shí)，傳感器輸出電平不變，一直要降到釋放點(diǎn)BRP時(shí)，傳感器才由低電平躍變?yōu)楦唠娖健np與BRP之間的滯后使開關(guān)動(dòng)作更為可靠。
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鎖鍵型
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如圖5所示，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過動(dòng)作點(diǎn)Bnp時(shí)，傳感器輸出由高電平躍變?yōu)榈碗娖剑谕獯艌?chǎng)撤消后，其輸出狀態(tài)保持不變（即鎖存狀態(tài)），必須施加反向磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到BRP時(shí)，才能使電平產(chǎn)生變化。
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線性型
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輸出電壓與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度呈線性關(guān)系，如圖3所示，可見，在B1～B2的磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍內(nèi)有較好的線性度，磁感應(yīng)強(qiáng)度超出此范圍時(shí)則呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。
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開環(huán)式電流傳感器
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由于通電螺線管內(nèi)部存在磁場(chǎng)，其大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾傳感器測(cè)量出磁場(chǎng)，從而確定導(dǎo)線中電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是不與被測(cè)電路發(fā)生電接觸，不影響被測(cè)電路，不消耗被測(cè)電源的功率，特別適合于大電流傳感。
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霍爾電流傳感器工作原理如圖6所示，標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)鐵芯有一個(gè)缺口，將霍爾傳感器插入缺口中，圓環(huán)上繞有線圈，當(dāng)電流通過線圈時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，則霍爾傳感器有信號(hào)輸出。
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閉環(huán)式電流傳感器
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磁平衡式電流傳感器也叫霍爾閉環(huán)電流傳感器，也稱補(bǔ)償式傳感器，即主回路被測(cè)電流Ip在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過一個(gè)次級(jí)線圈，電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償， 從而使霍爾器件處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài)。
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磁平衡式電流傳感器的具體工作過程為：當(dāng)主回路有一電流通過時(shí)，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場(chǎng)被聚磁環(huán)聚集并感應(yīng)到霍爾器件上， 所產(chǎn)生的信號(hào)輸出用于驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的功率管并使其導(dǎo)通，從而獲得一個(gè)補(bǔ)償電流Is。 這一電流再通過多匝繞組產(chǎn)生磁場(chǎng) ，該磁場(chǎng)與被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)正好相反，因而補(bǔ)償了原來的磁場(chǎng)， 使霍爾器件的輸出逐漸減小。當(dāng)與Ip與匝數(shù)相乘 所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相等時(shí)，Is不再增加，這時(shí)的霍爾器件起指示零磁通的作用 ，此時(shí)可以通過Is來平衡。被測(cè)電流的任何變化都會(huì)破壞這一平衡。 一旦磁場(chǎng)失去平衡，霍爾器件就有信號(hào)輸出。經(jīng)功率放大后，立即就有相應(yīng)的電流流過次級(jí)繞組以對(duì)失衡的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償。從磁場(chǎng)失衡到再次平衡，所需的時(shí)間理論上不到1μs，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程。
在一般的轉(zhuǎn)動(dòng)部件中，可以用霍爾傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速，比如發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪上有一圈齒，每個(gè)齒經(jīng)過霍爾傳感器時(shí)，會(huì)造成磁感應(yīng)強(qiáng)度變化，這個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度變化能轉(zhuǎn)換成電壓的變化，計(jì)數(shù)器通過計(jì)數(shù)能夠測(cè)量轉(zhuǎn)速。
那么問題來了，計(jì)數(shù)器能夠告訴你轉(zhuǎn)速，但不能告訴你旋轉(zhuǎn)的方向，怎么測(cè)量飛輪的正反轉(zhuǎn)呢？
一個(gè)霍爾傳感器不行（其實(shí)一個(gè)霍爾傳感器也可以，只不過需要把齒進(jìn)行處理成不對(duì)稱的），兩個(gè)行不行？
見下面的圖
這里有兩個(gè)霍爾傳感器，一個(gè)用于測(cè)量轉(zhuǎn)速，另一個(gè)用于測(cè)量轉(zhuǎn)向。測(cè)量轉(zhuǎn)速的霍爾傳感器用上升沿觸發(fā)，當(dāng)轉(zhuǎn)速傳感器觸發(fā)中斷時(shí)，查看轉(zhuǎn)向傳感器的電位，如果轉(zhuǎn)向傳感器處于低電位，那么就判斷為順時(shí)針方向（根據(jù)實(shí)際情況確定）；如果轉(zhuǎn)速傳感器觸發(fā)中斷時(shí)，轉(zhuǎn)向傳感器處于高電位，則為逆時(shí)針方向。
霍爾傳感器方向：霍爾傳感器故障模式安裝方向
霍爾傳感器故障模式安裝方向
霍爾傳感器又稱位置傳感器，其故障主要是傳感器脫落，霍爾集成電路失效和引線斷開等。
傳感器一般有三個(gè)引腳，第一個(gè)是電源正極，第二個(gè)是接地，第三個(gè)是狀態(tài)輸出腳，只要確定是正極和地，剩下最后一個(gè)腳便是輸出腳，打開控制器電源，使傳感器能處于工作狀態(tài)，找一塊場(chǎng)強(qiáng)較高的磁鋼，反復(fù)用N，霍爾電流傳感器S極接近傳感器，用毫安表或信號(hào)測(cè)定儀測(cè)定輸出極與地間信號(hào)變化。
它的信號(hào)簡(jiǎn)單，只有“有”和“無”兩種，即1和0，若用S極或N極接近都沒有任何信號(hào)，可確定霍爾集成電路失效。
在每只電流傳感器的外殼上都會(huì)有一個(gè)箭頭，這個(gè)箭頭的方向代表被測(cè)電流的流向，在傳感器的原邊接入被測(cè)電流時(shí)，霍爾電流傳感器要保證被測(cè)電流和流向與傳感器上所示的箭頭方向一致，否則會(huì)導(dǎo)致傳感器的輸出信號(hào)反向。
在每只電壓傳感器的外殼上都會(huì)有原邊電壓正極與負(fù)極，分別代表用于接入被測(cè)電壓信號(hào)的正，負(fù)極。
有的傳感器還會(huì)帶有接地輸出端“E”或“”的，通常這端子連接到屏蔽層，要與保護(hù)地連接，以起到屏蔽和抗霍爾電流傳感器干擾作用。
值得提醒的是，雖然傳感器可以交直流通用，但原邊接入的方向同樣會(huì)帶來副邊輸出的變化，原副邊波形會(huì)出現(xiàn)反向，對(duì)于測(cè)量電流較大的電流傳器來說，原邊一般為穿孔結(jié)構(gòu)，要根據(jù)穿孔的形狀，大小來選擇相應(yīng)的電纜或銅排，保證原過導(dǎo)體能順利通過穿孔，不要因?qū)w截面過大而損壞傳感器穿孔。
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霍爾傳感器方向：霍爾傳感器測(cè)磁場(chǎng)時(shí)如何確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向
他有個(gè)標(biāo)示面，當(dāng)磁場(chǎng)線穿過那個(gè)面時(shí)，也就是從那個(gè)面正面穿過的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的他的輸出應(yīng)該是正數(shù)，反之為負(fù)數(shù)。這樣就可以判別放向了
上面那位同學(xué)答的方法不錯(cuò)，就是過程復(fù)雜了一些，測(cè)量實(shí)時(shí)性也不好，霍爾傳感器精度較高，（如果測(cè)的是平行磁場(chǎng)）可以用兩個(gè)互相垂直的霍爾傳感器，通入一樣大的電流，放入同一磁場(chǎng)，根據(jù)兩個(gè)傳感器所測(cè)得值及sin 和cos關(guān)系處理芯片上編程可以在幾微妙內(nèi)得出垂直磁場(chǎng)的方向！！金屬為什么不宜做金屬元件!!什么意思！聽不懂！
上面那位同學(xué)答的方法不錯(cuò)，就是過程復(fù)雜了一些，測(cè)量實(shí)時(shí)性也不好，霍爾傳感器精度較高，（如果測(cè)的是平行磁場(chǎng)）可以用兩個(gè)互相垂直的霍爾傳感器，通入一樣大的電流，放入同一磁場(chǎng)，根據(jù)兩個(gè)傳感器所測(cè)得值及sin 和cos關(guān)系處理芯片上編程可以在幾微妙內(nèi)得出垂直磁場(chǎng)的方向！！金屬為什么不宜做金屬元件!!什么意思！聽不懂！
將霍爾片放入磁場(chǎng)中,繞軸線方向左右旋轉(zhuǎn)霍爾片,當(dāng)示數(shù)最大時(shí),磁場(chǎng)B垂直于霍爾片
