分析霍尔传感器在现代交通中的应用
毕业设计设计题目：分析霍尔传感器在现代交通中的应用
系部：电子信息工程系
专业名称：应用电子
班级：134042学号：35
姓名：陈瑜
指导教师：陈军
完成时间： 2016年 5 月 7 日
分析霍尔传感器在现代交通中的应用
摘要：新世纪，我国加大了对科学技术的投入，这一系列的科技的投入产生了很多的新型的科技产品，而这些科技产品进入到我们的生活，给我们的生活带来了前所未有的新鲜感，这意味着我们已经进入了全新的信息化时代。我们在生活中，经常会遇到很多的使用信息的过程，而在我们对信息的使用环节时，必须要考虑的重点便是财务什么样的方式可以使得我们获取的速度、准确度有足够的提升，而解决这一问题的重点便是对传感器的使用。在当今时代的高科技的产品中，传感器的使用十分的常见，是当今的信息产业的顶梁柱。在日常生活中，我们可以很容易的发现，我们周围的大多数的电子设备都有传感原理的投入使用，而在这一系列的传感原理的使用当中，霍尔传感器又是在使用量中占据的百分比最多的一种。科学技术越是发展，越是制造更加高深的生活用品，其传感技术便越是值得相关的学者去研究，越需要国家及相关的单位加大投入。由此推断,传感技术会越来越重要的影响我们的生活，必须加大其中的投入。
关键字：霍尔传感器；现代交通
Abstract:The progress of science and technology will bring upside down to the way p eople live, the arrival of the new technology revolution made the world into a brand n ew information age.People in the process of using information, the first thing you nee d to solve the problem of how accurate rapid access to information, including sensor i s access to natural and production field in one of the important ways and means of inf ormation.Sensor technology has an important position in modern science and technolo gy, is known as the three
pillars of modern information technology, (sensor technology, computer technology a nd communication technology).
Sensing technology has been applied to various fields of modern life, hall sensor has b ecome the most widely used one of the most popular magnetic sensor usage, has impo rtant application in modern transportation applications including automotive, transport ation and traffic facilities, etc.With the progress of science and technology sensing tec hnology is brought to the attention of the people, now has developed into a specialize d science and technology. It follows that sensing technology in the future economic d evelopment, promoting social progress plays an important role.
Key words:Hall sensor;Modern transportation
目录
摘要................................................................ Abstract.............................................................
1 绪论..............................................................
2 传感器概述.................................................
2.1霍尔传感器原理及组成..........................................
2.2霍尔传感器的作用及优缺点......................................
2.3霍尔传感器的应用范围..........................................
3 霍尔传感器在现代交通中的应用现状...................................
3.1 交通工具..................................................
3.1.1汽车制造.................................................
3.1.2电动车制造...............................................
3.2 交通工具辅助设备..............................................
3.2.1 出租车计价器............................................
3.3 公路交通.....................................................
3.3.1 高速公路防疲劳驾驶预警系统..............................
4 霍尔传感器在现代交通应用中的问题..................................
4.1存在的问题....................................................
4.2 产生问题的原因................................................
4.3 解决问题的方法以及策略........................................ 致谢................................................................. 参考文献.............................................................
1 绪论
随着科技的发展,在瞬息万变的信息时代中,各式各样的传感器已经渗透进人类生活的个各方面面,而传感器系统将所有采集到的数据构成了智能物联的基础。但是，传感器又是我们使用的全部电子设备的感受外界器官，它能够通过一定的方式，对周围的环境采取相关的信息，同时，他也有面向的范围非常广,其覆盖的层面也非常的多的特点。传感器收集的有关数据,在极大程度上得以充分的分析利用,而这些则取决于传感器有多精确、多灵敏。
2传感器概述
通常情况下，我们都是通过我们的感觉器官来对周围的环境进行感觉，通过对周围的环境进行感觉，最终来得到对自己有价值的信息。但是，就一般来说，我们通过感官器官可以获得的信息仅仅是我们周围的环境信息，所获得的信息量是很少的，在真正的科学研究和规律的总结中，这些信息是及其不够的，我们必须借助于感官以外的物品来做感受。而这里，我们所使用的其他物品被称为传感器，从另一个层面来说，他是我们感觉器官更为深入的一个物品，我们通常给他有一个别名：电子五官。
作为用来对周围环境进行一定程度上的检测的装置，传感器（transducer）可以对相关的信息进行一定程度上的感受，并对这一系列的信息进行很好的测量，最终通过一定的编码进行分析，以一种电或其他信号的形式输出，被相关的人员进行接收后，满足一定的要求。通常情况下，组成它的元件包括：敏感和转换相关的原件，可以进行变换的电路以及相应的有辅助作用的电源等等一系列的相关部分所组成。
一般情况下，我们所说的敏感元件是指：能够对周围的环境相关的信息进行一定成都的测量，进而对所测得的信息通过分析总结，输出相应的信号的元件；转换与案件则是指：可以将上述的相应的元件所输出的信号，进行一系列的转变，最终获得电信号，并将其输出的相关的元件；变换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大调制；转换元件和变换电路一般还需要辅助电源的供电。
当前社会的条件下，在我们的现实生活中，传感器的应用已经渗透到相关的各个领域，从翱翔于浩瀚银河的宇宙飞船，到可以潜沉于大海深处的游艇，各种高端的科技都少不了传感器的使用，而传感器不仅仅是只出现在这些高端的物件上，在我们日常生活中的微小的比如手机等物品，其中也有传感器的存在，我们的生活已经越来越离不开它了。
2.1 霍尔传感器的原理及组成
由霍尔效应的原理知，相应的电势的高低，主要由以下各个因素所影响：作为霍尔常数，Rh一般和构成半导体的材料有着密切的关系；而I则是相关的物件的内部电流；B是相应的磁场强度大小；d是相关的半导体材料的厚度大小。因此，从上述的一系列因素中可以看出，针对某固定的霍尔器件，当偏置电流 I 一定的时候，相关的磁场强度会直接的影响UH的大小。
通常情况下，对于一个霍尔元件来说，包括四个端口来完成整个回路，四个端口中，有两个端口作为输入端而存在，而剩下的两个端口则是作为相关的电流的输出端而存在的，一旦输入端以及输出端相连接，那么就会有电流的输入以及输出，最终会有一个完整地电路出现，从而产生相应的霍尔电流。通常情况下，回路中的偏置电流的大小不在回路内的相关的基准电压来决定；而有些情况下，我们需要相对鬓角精确地电流，此时，我们就需要用恒定的电流来代替相应的电压。在一些比较特殊的情况时，我们可能会用到具有较高灵敏度的传感元件，而这时，我们一般会采取的方案是在相关得传感元件上装置一定的坡莫合金，它具有导磁系数高，电势大等一系列的特点，而这些特点也使得相关的灵敏度有一定程度的升高。
2.2霍尔传感器的作用及优缺点
对于相应的传感器进行分类，如果按照其检测对象的性质这个标准来划分的话，我们能够将其分为间接以及直接应用两种不同的传感器。间接应用是指相关的实验人员，在传感器上做了一些手脚，使得传感器可以对众多不是电流的物理量，如速度、距离等等一系列的量进行测量，并通过相应的算法，来输出相关的电流量，最终研究人员可以对电流量来对相关的物理量进行计算，而直接应用则是使用传感器直接对相关的电流量或者磁场量进行检测。
相关的传感器中，与其他不同的元件相对比，霍尔器件拥有者很多其他元件不存在的优势，包括：结构硬，耗能低，占地小，质量小，装卸方便等等一系列的相关的优势，也因为这些优势，使得他们能够适用于很多条件不好的环境，具体如下所示：
1、具有优质的精确度（可以对不同的波形进行定量的检测，同时，在它的适宜工作的温度范围内，精确度达到1%)；
2、线性度好；
3、该元件能够对所有的不同波形的电流和电压进行定量的检测，包括诸多正常与非正常的情况。而这一优点则是其他的普通的传感器所无法达到的。
4、该传感器具有广泛的测量的范围：由于霍尔传感器是一个系列的产品，他所能够检测到的电压以及电流量都是极大的，范围也比其他的传感器范围大很多。
5、副边电路与原边电路之间有良好的电气隔离；
6、相对于传统的传感器原件来说，相关的霍尔元件在开关上有着极其优良的性质，它的开关并没有触点，而且输出的波形也有着清晰的特点，总的来说，它的精准度比较高。此外，相关的传感器的元件的工作条件要求并不严格，工作的适应温度范围比较宽广。
7、宽带宽：该传感器原件中电流通过的时间可以很小，同时电压相对来说比较窄，而且通过的时间也特别小。
2.3霍尔传感器的应用范围
一般而言，相关的霍尔传感器通常可以由开关型以及线型两种不同的传感器所组成。
(一)相关的霍尔元件构成的传感器的组成部分包括相应的稳压器、放大器以及霍尔元件等一系列的其他的元件，这种传感器中一般是由数字的形式输出的。而他有一种比较特别的形式，我们一般把它定义为锁键型。
(二)剩下的还有一种我们成为线性型的传感器，它不仅仅包含相关的霍尔元件，还有其他的相应的放大以及跟随器设备，一般来说，他是通过模拟量来传播信息的。
我们又可以把后者，线性型的传感器划分成闭环以及开环两种不同的模式，其中前者又被定义为零磁通传感器。这种传感器一般我们将其用在对交流以及直流的电流以及电压进行测量中。
霍尔传感器广泛应用于：
1位移测量
2力测量
3角速度测量
4线速度测量
3 霍尔传感器在现代交通中的应用
当前我们的社会中，霍尔传感器在我们的生活的各个领域中，都有着及其广泛的使用，同时他也为我们的相关的科学领域做出了诸多的一系列的贡献。其中最为突出的当属在现代交通中的应用。其中在交通工具以及辅助设备的使用率最高,无论是传统的内燃机还是现代新能源交通工具,都离不开霍尔传感器。当前社会，人们对汽车有着极其高的要求，而相应的制造商也应用高科技，将汽车变得越来越智能化，目前，汽车的电子化率在整个汽车中已经占据了三到四成，而随着人们的要求的不断升高，汽车的电子化率必将一步步的有所提升，不单单是在保证汽车的安全上面，还在保证满足人们对汽车的简单操作以及可娱乐化的相关的方面进行提升。其中使用传感器的占电子化率的7成,霍尔传感器又是在交通工具制造和检测所使用传感器中最广泛和最基础的。
3.1交通工具
3.1.2汽车制造
从现在的汽车行业来看，当前的汽车中，所安装的传感器是汽车与周围环境所相互交通的桥梁，是汽车实现智能化最为重要的一项工具之一，同时他也是当前我们对汽车研究的重中之重。我们可以看到，现在每辆汽车都装有几十个到上百个不等的传感器，而对于那些比较高档的豪华车辆，他们当中所安装的传感器甚至高达数百个。当前，人们对汽车的要求越来越高，这就意味着汽车中所安装的传感器的数量将有着越来越高的趋势，而这些也是保证汽车的安全、舒适并满足人们的相应的需求的最为基本的条件。
现阶段已经应用于汽车上的相关的霍尔传感器主要有:
（1）在分电器中用作信号的传感器；
（2）对于缺少相关的点火装置的系统，可用作发动机转速以及点火脉冲的相应的传感器；
（3）用作各种开关；
（4）对于直流电流可以进行换向并感受其未知的相应的传感器；
（5）用作各种液体检测器；
（6）用作各种用电负载的电流检测以及其工作状态诊断；
（7）用作自动制动系统(替代手动制动)中的速度传感器；
（8）对相关的汽车中的蓄电池的充电与否进行控制，感受蓄电池的电量，进而操控其充电。同时也可以用于导航、感受路面环境、对相应的特殊地段，汽车速度的及时的变化情况等，作出相关的感受。
(9)用作汽车中的防抱死刹车系统（ABS）。它能够在汽车出现紧急的情况时，通过感受周围的环境，对汽车的轮胎进行有缓冲的组织，防止相应的翻车的事件的发生，同时也能够达到刹车的目的，最终使得汽车避免相关的交通事故。对相关的紧急情况进行感受，并对其进行调整的元件。
当前的汽车行业在迅速的发展，人们对汽车的相关的要求也在不断地提升，而这些高科技的发展也正一步步的满足人们的相关的要求，传感器在多种不同的汽车中越来越使用的广泛，而且其中的功能也越来越多。由此可以预见,霍尔器件在汽车中的使用会变得越来越多并且扮演着越来越重要的角色。同时霍尔传感器在汽车制造中的应用具有非常广阔的前景。
3.1.2电动车制造
现阶段，相关的传感器在电动车上的应用也特别的广泛，基本上每辆电动车中都有许多不同的元件构成。而相关的霍尔元件，体积比较小，质量比较轻，安装也相对方便等等这一系列的有点使得相关的厂家对其有所青睐，所以，电动车上已经有了多种传感器的应用。电动车上比较敏感的传感器，为相应的车身提供了比较充足的并且变化较快，比较敏感稳定的电流，能够使得相关的车子在前进过程中正好的进行。而这也恰恰是相关的制造者、销售商以及相应的购买者所必须要考虑的问题。此外，霍尼韦尔传感器配有可靠的高磁灵敏度开关点。
霍尔传感器对电动车调速转把
这里所说的调速转把，我们可以从字面意思上对其进行相应的解释。通过对电动车把的调整，转动一定的角度，为电动车本身提供相应的电流，使得电动车可以向前走，改变通过车身的电流的大小，它是一种调节速度的装置，一般位于车身，而其调节器则位于车的右把手部分，通过对右把手做一定角度的旋转，可以使得相应的电动车的速度进行改变，而考虑到人体工程学的舒适度，一般情况下，我们将把的可旋转度定义在30度以内，目前调速把手的样式很多但工作原
理基本一致。
当前市场上所生产的电动车中，对于转把手的情况主要分为电光以及霍尔两种形式，而其中使用霍尔形式的有占有很大的地位。霍尔的相应的传感器通过对电路中的电压大小进行一系列的调节，使得信誉值相关的磁感应强度有所变化，而我们有知道，磁场强度的改变，一定会导致相关的电流大小的改变，进而改变了输出的电压。而相应的霍尔感受器就是通过相关的上述的方法来对电动车上的输出的电压进行大小的改变，进而对相应的电动车的速度进行改变，使用霍尔元件在根本上有着很大的优势，可以提高电源电压可增加灵敏度。
霍尔传感器对电动车刹把
相关的电动车的刹车信号一旦发出，那么必须将电动车的发动机停止转动，同时，电动车的刹车把也会将相应的信号传送至轮胎，将轮胎进行制动。电动机以及轮胎这两个方面同时进行停止，才可以将电动车刹车的整个过程进行完成。这才算是符合电动车的相应的刹车的标准。所以，应该在电动车的相关的位置进行相应的传感器的元件的安装，在电动车的把手处，安装一定的传感器，一旦刹车启动，可以把相应的刹车信号传送至相应的控制器，使得发动机的相关行为受到控制器的控制，停止转动，此外，对于轮胎而言，当感受到刹车信号时，轮胎的制动也随即启动。
一般情况下，对于电动车的相应的刹车闸的位置应该配备有机械开关型以及相应的霍尔元件两种传感器。前者又包括经常开放式的以及经常关闭式的两种不同的形式，而后者又包括高电位以及低电位进行刹车的两种不同的元件。对于相关的机械开关来说，存在有两条不同的电线，两条电线中，一条电线连接的是负极，而与此相对应的，另一条电线则连接的是截断作用的电线，这些相应的标准与低电位的刹车控制器相匹配，而对于高电位的相关的控制器所连接的相应的电线正好相反；而相对来说，后者，霍尔型的相应的传感器元件需要连接三个不同的电线，分别是：刹车、负极以及断电。
电动车是通过相应的内部的蓄电池来为其提供一定的动力，而发电机可以调剂输出电流的大小，从而调节相应的电动车的速度，最终使得电动车可以前进。然而，电动车又是高科技电子化的产物，除了传统的传动设备外还会有许多的“电子装备”，其中必然是霍尔传感器作为核心的传感器的应用。装备了相应的霍尔元件的电动车，在一定程度上不仅仅是高科技的体现，可以在绿色环保，以及安全经济上有所体现，它在节能安全上有着重大的贡献，此外，与之前的一系列的发动机相比，不同的是这种电动车不必为变速箱节省出相关的位置，同时它自身就承担了变速的功能，是一个极其敏感的变速元件。而且电动车不需要像传统内燃机动力交通工具一样需要定期的进行保养维护，随着环保以及节能减排的深入人心，再加上电动车与生俱来的优势、电动自行车以及电动汽车在将来会有非常巨大的前景。
3.2 交通辅助设备
3.2.1出租车计价器
在相应的出租车的车轮上，对传感器的安装，能够提供所行走的历程，花费的时间等一系列的信息，他是通过感受周围的环境，将所获得的相应的信号进行传输至相关的系统中心，通过一定的分析并进行相应的计算可以输出其乘客应付的金
额。相应的传感器是通过对车轮的周长进行统计，以及车轮转了多少周，最终得出的结果，而这些信号可以进行传输并保留。当车轮转至一定的圈数后，其相应的金额的大小也就会发生一定的变化，从而对其进行金额的统计，最终在一段路结束后，将出租车的价格进行输出。
3.3 公路交通
3.3.1 高速公路防疲劳驾驶预警系统
通常情况下，对于高速公路上形式的汽车来说，防止司机在疲劳时进行驾驶是一项非常重要的事情。一般而言，传感器通过对车轮的是否运动以及如何运动等相关的信息进行统计，而得出汽车的行驶状态，而判断司机疲劳与否则是在规定的时间内，其司机是否转动方向盘，以及其频率来对司机的疲劳与否进行断定。在方向盘内安装霍尔元件。即在方向盘内以扇形的位置安装磁铁,然后在距离方向盘2～3厘米处下方的转轴的部位装置相应的霍尔元件，而这里的霍尔元件并不会因为轴的转动而跟随转动。当相关的方向盘下方的感受其经过一定的磁场之时，相应的感受其会发出一定的警报声来提醒驾驶员，对此，驾驶员采取一定的警觉。为了防止因为方向盘转动的幅度过小而导致霍尔传感器无法捕捉到,可将方向盘下的磁铁分成较密集的磁铁增加装置的灵敏度。只要其中一个掠过霍尔传感器时,便会产生信号。单片机可设置检测信号（也可根据需要自由设定，如：5s）。同理也可制造出应用于检测车轮的装置,扫描周期也可以更改。
4 霍尔传感器在现代交通应用中的问题
4.1 存在的问题
1.霍尔传感器作为在现代交通中的应用还不够广泛
2.许多应用的传感器还比较落后
3.传感器的使用成本较高
4.2 产生问题的原因
1.霍尔传感器大多用在交通工具的制造上,其中占比率最高的属于飞机以及航天器材等高科技器件,但使用数量总数最多的属于汽车制造和电动车制造，其中对于生活中的普及率也是非常的高。
2.由于传感器一直属于科技类产物，所以注定从研发出现到最后普及需要经历一定的阶段，从而导致了目前许多应用较为多的传感器是相对目前比较落后。
3.传感器作为高科技产品，本身从研发到推广就需要经过一个非常漫长的过程，而真正进入市场所被应用的必定是有着相对成熟的技术以及实际使用证明。因为这些也属于成本范围内，所以导致霍尔传感器的使用成本较高。
4.3 解决问题的方法及策略
1.鼓励传感器科研单位根据各行各业的特点和需求，研发出适合各自行业的专业传感器，促进霍尔传感器的普及和使用率。
2.加快传感器新产品的科研周期，降低产品的研发成本。
3.有关企业（比如汽车制造厂商等）可以和有关传感器科研单位进行合作，合资研发传感器应用到厂商的产品上。这样既可以降低科研单位的前期研发成本压力，长远来看又能降低合作厂商后期的使用传感器成本。以达到双赢。
总结
关于分析霍尔传感器在现在交通中的应用到这里基本完成，此文章形象而又生动的分析了霍尔传感器在现代交通中的情况，在各个领域的应用情况以及分析了存在的问题和解决问题的方法。整个论文的写作中，首先反复的阅读过书本上相关的知识，对于传感器中的霍尔传感器也进行了深度的了解，并且独立完成了论文的写作与修改工作。本科毕业论文的撰写与设计，对我而言，不单单是一项必须完成的任务，更是对自己之前的所学所知进行总结并用的过程，同时也将我的能力提高了不少，从这里，我学到了很多以前忽略的细节。比如面对一个陌生的课题，如何独立思考和查阅相关资料，包括与同学们的讨论学习，包括和老师的交流沟通都让我认识到了独立学习的重要信。整个过程是艰难的，但是到最后自己尝到了胜利的果实的喜悦，觉得这一切都是值得的。由于本人掌握的知识可能不太完整，整个论文中可能有很所不充分的地方，但是这也是一个学习的过程，在以后的学习以及工作中，我会逐步发现自己的问题并解决，不断完善自己，提高自己。
致谢
三年美好的大学时光仿佛就要在这一刻落下帷幕，心中有些不舍，却又感到很充实。回顾大学三年，仿佛看到了那个曾经在图书馆认真学习的我，在运动场上努力拼搏的我，难忘和同学一起朝夕相处的日子。本次论文是在南京交通职业技术电子信息工程学院陈军老师下指导完成的，陈老师作为一名对学生认真负责、经验丰富的教师，具有丰富的知识，在指导论文写作的过程中，即严厉又很有耐心，丰富了我的知识，鼓励我大胆的去完成写作，在我思想遇到瓶颈的时候，带我走出困境，这让我在整个大学生涯中，又有了一笔财富，锻炼了我刻苦的精神，自主的学习能力，所以，我想对我的论文知道老师陈军，诚挚的表达我我的感谢之情！在论文即将完成的时候，我的内心五味成杂，始终无法平静。从只有一个论文题目，一直到现在的论文完稿，这其中的每一个环节，都有着我的指导老师的辛勤参与，同学们的相互陪伴，以及学院的其他任课老师的关心爱护，是他们，付出了自己的时间，站在课堂，将所知，所学传授给我们。同时，我要感谢电子134042班的全体同学，是你们的互相帮助和鼓励让我有勇气去面对和克服一个又一个的困难，帮助了我了解许多我不懂的知识，在这里，我想对应用电子134042班的全体同学说一声，谢谢你们！
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霍尔传感器制作实训报告
佛山职业技术学院 实训报告 课程名称传感器及应用 报告内容霍尔传感器制作与调试 专业电气自动化技术 班级08152 姓名陈红杰‘’‘’‘’‘’‘’‘’‘’‘ 学号31 二0一0年六月 佛山职业技术学院
《传感器及应用》 霍尔传感器制作实训报告 班级08152学号31 姓名陈红杰时间2009-2010第二学期项目名称霍尔传感器电路制作与 指导老师张教雄谢应然调试 一、实验目的与要求： 1.对霍尔传感器的实物（电路部分）进行一个基本的了解。 2.了解双层PCB板以及一定（霍尔传感器）的焊接排版的技术和工艺。 二、实验仪器、设备与材料： 1.认识霍尔传感器（电路部分）的元件（附图如下）： 2.焊接电路PCB板（双层）和对电路设计的排版工艺的了解。 3.对霍尔传感器的电路原理图进行基本的分析（附图如下）：
实验开始，每组会得到分发的元件，我先由霍尔传感器的电路原理图开始分析，将每个元件插放好位置，这点很重要，如果出了问题那么会使电路不能正常工作，严重的还有可能导致电路元件受损而无法恢复。所以我先由霍尔传感器的电路原理图开始着手，分析清楚每个元件的指定位置，插放好了之后再由焊接，最后要把多余的脚剪掉。 整个电路的元件除了THS119是长脚直插式元件之外，其余的元件均为低位直插或者贴板直插。 焊接的过程中，所需要注意的事情就是不能出现虚焊脱焊或者更严重的烙铁烫坏元件的表壳封装损坏印制电路板等。这些都是在焊接的整个过程中要注意的事情。 比如，焊接三端稳压管7812时，要考虑到电路板的外壳封装和三端稳压管7812的散热问题，如果直插焊接的话那么就会放不进塑料外壳里，还有直插没有折引脚的话对三端稳压管7812的散热影响很大。综合这些因素再去插放焊接元件，效果会好很多。 又比如，焊接THS119的时，原本PCB板在设计的时已经排好版了，就是在TL082的背面插放THS119。这样的设计很巧妙，能够保证每一个THS119插进去焊接完了之后都能很好地与塑料外壳严密配合安放进去。因为这是利用了IC引脚与PCB板的间距来实现定距离的，绝不会给焊接带来任何麻烦。 最后，顺便提及一下，在保证能将每一个元件正确地焊接在印制电路板上的前提条件下要尽量将元件插放焊接得美观。 五、实验心得体会 （1）首先，从整个霍尔传感器来看，设计的电路的合理性，元件的选用，还有焊接的制作工艺是保证整个电路能正常工作前提。 （2）在学习电子电路的过程中，急需有一个过度期，焊接霍尔传感器电路的过程当中就会得到一个这样的练习。 （3）简单的说就是，拿到一张电路原理图未必做得出一个比较好的产品，这里需要对整个电路设计的元件参数的考虑和排版，元件插放等等。只有将这些问题逐一解决了，才能做好一个电路，也只有这样才能做好一个产品。 （4）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，需要用机械的方法来改变磁场强度。 六、实验收获 从拿到第一个元件开始，我仍然没有太多的收获，直到开始分析整个电路原理图的时候才慢慢开始了解到一些确实精巧的设计，可以说是独具匠心，到整个霍尔传感器电路完成之后才算是明白了一二。 在此，我具体地说说。首先，为什么不用一个普通的稳压管替代Z2这个精密稳压集成电路TL431呢？我查阅相关资料知道它的温度范围宽能在 区间工作。将其的R、C脚并焊再串上一个电阻来等效代替电
霍尔电流传感器的应用场合
霍尔电流传感器的应用场合 1、继电保护与测量：在工业应用中，来自高压三相输电线路电流互感器的二次电流，如分别经三只霍尔电流传感器，按比例转换成毫伏电压输出，然后再经运算放大器放大及有源滤波，得到符合要求的电压信号，可送微机进行测量或处理。在这里使用霍尔电流传感器可以很方便地实现了无畸变、无延时的信号转换。 2、在直流自动控制调速系统中的应用：在直流自动控制调速系统中，用霍尔电流电压传感器可以直接代替电流互感器，不仅动态响应好，还可实现对转子电流的最佳控制以及对晶闸管进行过载保护。 3、在逆变器中的应用：在逆变器中，用霍尔电流传感器可进行接地故障检测、直接侧和交流侧的模拟量传感，以保证逆变器能安全工作。 4、在不间断电源中的应用：在该应用中，用霍尔电流传感器进行控制，保证逆变电源正常工作。使用霍尔电流传感器1发出信号并进行反馈，以控制晶闸管的触发角，霍尔电流传感器2发出的信号控制逆变器，霍尔电流传感器3控制浮充电源。由于其响应速度快，霍尔电流传感器特别适用于计算机中的不间断电源。 5、在电子点焊机中的应用：在电子点焊机电源中，霍尔电流传感器起测量和控制作用。它的快速响应能再现电流、电压波形，将它们反馈到可控整流器A、B，可控制其输出。用斩波器给直流迭加上一个交流，可更精确地控制电流。用霍尔电流传感器进行电流检测，既可测量电流的真正瞬时值，又不致引入损耗。 6、用于电车斩波器的控制：电车中的调速是由调整电压实现的。而将霍尔电流传感器和其它元件配合使用，并将传感器的所有信号输入控制系统，可确保电车正常工作。 7、在交流变频调速电机中的应用：用变频器来对交流电机实施调速，在世界各发达国家已普遍使用，且有取代直流调速的趋势。用变频器控制电机实现调速，可节省10％以上的电能。在变频器中，霍尔电流传感器的主要作用是保护昂贵的大功率晶体管。由于霍尔电流传感器的响应时间往往小于5μs，因此，出现过载短路时，在晶全管未达到极限温度之前即可切断电源，使晶体管得到可靠的保护。 8、用于电能管理：霍尔电流传感器，可安装到配电线路上进行负载管理。霍尔电流传感器的输出和计算机连接起来，对用电情况进行监控，若发现过载，便及时使受控的线路断开，保证用电设备的安全。用这种装置，也可进行负载分配及电网的遥控、遥测和巡检等。
霍尔电流传感器的电路设计
一种霍尔电流传感器的电路设计 设计了一种零磁通型霍尔电流传感器，可广泛应用于交流变频驱动、焊接电源、开关电源、不间断电源等领域。该零磁通型霍尔电流传感器通过砷化镓霍尔元件检测由通电电流产生的磁场，继而有效地检测被测电流。 由于霍尔元件产生的霍尔电势很微弱，而且还存在较大的失调电压，因此对霍尔电压的放大和对不等位电势的补偿是该设计的两个主要需要解决的问题，而且霍尔元件中载流子浓度等随温度变化而变化，因此还需用温度补偿电路对其温度补偿。 1 系统设计框架 系统分为4个部分：1)霍尔元件的供电电路，由电压基准(电流基准)芯片为霍尔片提供工作电流； 2)霍尔元件及磁芯，将感应片感应的磁场(该磁场由通电电流产生)转化为霍尔电压；3)放大电路，将微弱的霍尔电压进行放大；4)反馈部分，利用了磁平衡原理：一次侧电流所产生的磁场，通过二次线圈电流进行补偿，使磁芯始终处于零磁通工作状态。其系统总流程图如图1所示。 2 系统硬件电路设计 系统由±5 V的稳压源供电。用一片电压基准芯片REF3012为砷化镓系列的霍尔元件HW300B提供基准电压。HW300B是一款可采用电压模式供电和电流模式供电的霍尔元件，HW300B放在开有气隙的集磁环的气隙里，并用胶水加以固定(霍尔元件和集磁环相对位置如果发生变化，会影响产生的霍尔电势的大小)。霍尔元件的输出接至仪器放大器AD620，作为放大器的差模出入端和共模输入端。放大器的增益可通过调节1、8引脚之间的10 kΩ的电位器改变。放大器的输出接反馈线圈，该反馈线圈绕在集磁环上，其绕线方向能使通过它的电流产生的磁场与集磁环收集到的磁场方向相反。反馈线圈末端放1个75 kΩ的精阻接地，可以通过测量精阻两端的电压，计算反馈线圈中的电流，进而推算穿过集磁环中心的被测电流的大小。其具体电路图如图2所示。 2．1 REF3012 以SOT23-3封装的REF3012是一个高精度、低功耗、低电压差电压参考系列芯片。REF3012小尺寸和低功耗(最大50μA)非常适用于便携式和电池供电。它不需要负载电容，但对任何容性负载很稳定。因磁敏型霍尔元件很容易受温度的影响，可以采用恒流源供电以减小其温度系数。在该系统设计中，REF3012的输入引脚1接+5 V电源，并接10μF的旁路电容至地，该旁路电容对电源进行滤波，提高电源稳定性。而其输出引脚2接到HW300B的引脚1，并且也接1O μF的旁路电容至地，GND(地)引脚3接地。由于系统设计要求REF3012为HW300B提供2．5 V的基准电压，根据REF3012的数据资料可知，当输入电压为5 V 时，输出电压为2．5 V，所以REF3012引脚1接+5 V电压。 2．2 霍尔元件 本设计采用砷化镓系列的HW300B型霍尔元件，输出霍尔电压范围122～204mV，输入、输出阻抗为240～550 Ω，补偿电压为-7～7 mV，温度系数为-1．8％／℃。其输入可采用电压模式供电，也可采用电流模式供电。这里采用电压模式供电，即就是HW300B的引脚1、3为控制输入端，而引脚2、4为霍尔电压输出端。 霍尔元件是将磁场转换为电信号的线性磁敏元件，霍尔输出电压 式中，S为乘积灵敏度，mV／(mT·mA)；Ic为工作电流，mA；B为磁感应强度，mT。 本设计中，将霍尔元件放进开有气隙的集磁环的气隙里，并将霍尔元件和集磁环固定，这样可以感应出更大、更稳定的霍尔电势。式(1)中，当S与Ic一定，则Vh与B有直接线性关系。通电导体周围必然产生磁场，根据安培定律，电流与磁场的关系式∮BdI=μ0I0得：
霍尔式加速度传感器
湖南科技大学 课程设计 题目霍尔式加速度传感器 作者伍文斌 学院机电工程学院 专业测控技术与仪器 学号1403030104 指导教师杨淑仪、凌启辉 二零一七年六月二十日
目录 摘要 (3) 第一章霍尔传感器基本原理 (4) 1.1霍尔效应 (4) 1.2霍尔元件 (5) 第二章加速度传感器设计方案 (6) 2.1设计理念 (6) 2.2设计电路图 (6) 2.3电路图解析 (7) 第三章传感器结构参数 (10) 第四章参考文献
摘要 霍尔传感器是基于霍效应而将被测量转化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。霍尔传感器以霍尔效应为其工作原理。本文的加速度传感器属于霍尔开关器件，当物体移动时，若使其表面带上一定磁场，当其接近传感器时，会输出高电平，通过计算一定时间内的转的圈数（如汽车轮胎的转动圈数），可以得到物体运动的加速度（如汽车行驶的加速度）。霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽等特点，因此应用广泛。 关键字：霍尔效应；霍尔开关器件；转动；加速度
第一章霍尔传感器基本原理 1.1霍尔效应 所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。 利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。霍尔电位差UH的基本关系为 UH=RHIB/d （18） RH=1/nq（金属）（19） 式中RH——霍尔系数： n——载流子浓度或自由电子浓度；
根据霍尔传感器的电机测速装置设计
检测与转换技术大作业报告 题目 院系 班级 学生姓名 日期
霍尔传感器在电机转速测量装置上 的应用设计 利用霍尔传感器，设计了一种电机转速测量装置并提出了相应的测速算法，还设计了转速信号处理电路，将脉冲信号转化为标准的T TL 电平，便于A T89C52 单片机的计数运算，并通74LS164 寄存器将转速信号显示在L ED 上。该电机测速装置具有线路简单、实时性好、成本低、安装调试方便和节省空间等优点，尤其是在测量空间有限、轴偏心或传感器不便安装的条件下，该测量方法具有明显的优势。 第一章测速电路相关元件分析 1.1 AT89C52单片机 AT89C52是一个低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256B的随机存取数据存储器（RAM），兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读/写口线。AT89C52主要功能特性和引脚图如下所示： ·完全兼容MCS-51指令系统 ·8k可反复擦写Flash ROM ·全静态操作：时钟频率0-24MHz
·三级加密程序存储器 ·3个16位可编程定时/计数器中断 ·256x8bit内部RAM ·32个可编程的双向I/O口 ·2个外部中断源，共8个中断源 ·2个读写中断口线 ·可编程串行UART通道 ·低功耗空闲和掉电模式 ·软件设置睡眠和唤醒功能 1.2 LM317T三端稳压器 LM317T是可调节三端正电压稳压器，在输出电压范围为1.25V到37V时能够提供超过1.5A的负载电流。此稳压器使用非常容易，只需两个外接电阻来设置输出电压。其主要功能特性如下所示： ·输出电流超过1.5安 ·输出电压在1.2伏和37伏间连续可调 ·内部热过载保护 ·不随温度变化的内部短路电流限制
实验十九 开关式霍尔传感器测转速实验
实验十九开关式霍尔传感器测转速实验 一、实验目的：了解开关式霍尔传感器测转速的应用。 二、基本原理：开关式霍尔传感器是线性霍尔元件的输出信号经放大器放大，再经施密特电路整形成矩形波（开关信号）输出的传感器。开关式霍尔传感器测转速的原理框图19—1所示。当被测圆盘上装上6只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化6次，开关式霍尔传感器就同频率f相应变化输出，再经转速表显示转速n。 图19—1开关式霍尔传感器测转速原理框图 三、需用器件与单元：主机箱中的转速调节0～24V直流稳压电源、+5V直流稳压电源、电压表、频率\转速表；霍尔转速传感器、转动源。 四、实验步骤： 1、根据图19—2将霍尔转速传感器安装于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2～3ｍｍ。 2、将主机箱中的转速调节电源0～24V旋钮调到最小(逆时针方向转到底)后接入电压表(电压表量程切换开关打到20V档)；其它接线按图19—2所示连接（注意霍尔转速传感器的三根引线的序号）；将频频\转速表的开关按到转速档。 3、检查接线无误后合上主机箱电源开关，在小于12V范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变直流电机电枢电压)，观察电机转动及转速表的显示情况。
图19—2 霍尔转速传感器实验安装、接线示意图 4、从2V开始记录每增加1V相应电机转速的数据(待电机转速比较稳定后读取数据)；画出电机的V-ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。实验完毕，关闭电源。 n（转/ 406286108132157179203225250分） V（mv）2003004635006017037999019991104 电机的V-ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线 五、思考题： 利用开关式霍尔传感器测转速时被测对象要满足什么条件？ 被测物能够阻挡或透过或反射霍尔信号，般都是一个发射头一个接收头若发射接收安装在同侧，则被测物必须能反射该信号，发射接收安装在对侧，则被测物必须能阻挡透过该信
霍尔传感器测速原理
现代检测技术论文 测控11-2班 范国霞 1105070202
绪论 现代技术关于速度的测量方法多种多样，其中包括线速度和角速度两个方面，速度和转速测量在工业农业、国防中有很多应用，如汽车、火车、轮船及飞机等行驶速度测量；发动机、柴油机、风力发电机等输出轴的转速测量等等。其中有微积分转换法，线速度与角速度转换方法，时间位移方法等等，下面我所介绍的是霍尔传感器对于速度的测量方法。霍尔式传感器是基于霍尔效应原理设计的传感器. 关键字：霍尔效应，霍尔传感器
霍尔传感器 霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应，但由于金属材料的霍尔效应太弱而没有得到应用，随着半导体技术的发展，开始用半导体材料制成霍尔元件，由于他的霍尔效应显著而得到了应用和发展。在了解霍尔传感器之前先了解一下什么是霍尔元件以及它的基本特性。 霍尔元件的结构很简单，它是由霍尔片、四根引线和壳体组成的，如图1所示。 图1 霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出四根引线：1、1ˊ两根引线加激励电压或电流，称激励电极；2、2ˊ引线为霍尔输出引线，称霍尔电极。霍尔元件的壳体是用非到此金属、陶瓷或环氧树脂封装的。在电路中，霍尔元件一般可用两种符号表示，如图1（b）所示。
霍尔元件的基本特性 （1）额定激励电流和最大允许激励电流当霍尔元件自身温度升高10℃所流过的激励电流成为额定激励电流。以元件允许最大温升为限定的激励电流称为最大允许激励电流。因霍尔电势随激励电流增加而线性增加，所以使用中希望选用尽可能大的激励电流，因而需要知道元件的最大允许激励电流。 （2）输入电阻和输出电阻激励电极间的电阻称为输入电阻。霍尔电极输出电势对电路外部来说相当于一个电压源，其电源内阻即为输出电阻。 （3）不等位电势及不等为电阻当霍尔元件的激励电流为I时，若元件所处位置磁感应强度为零，则它的霍尔电势应该为零，但实际不为零。这是测得的空载电势称为不等位电势。 （4）寄生直流电势再外加磁场为零、霍尔元件用交流激励时，霍尔电极输出除了交流不等位电势外，还有一直流电势，称为寄生直流电势。 （5）霍尔电势温度系数在一定磁感应强度和激励电流下温度每变化1℃时，霍尔电势变化的百分率称为霍尔电势温度系数。他同时也是霍尔系数的温度系数。
霍尔传感器课程设计
吉林建筑工程学院 电气与电子信息工程学院 传感器及检测技术课程设计报告 设计题目： 霍尔元件小车测速系统设计 专业班级： 电子信息科学与技术081班 学生姓名： 赵越 学 号： 10308105 指导教师： 王 超 吴鹤君 设计时间： 2011.12.12－2011.12.23 目 录 教师评语： 成绩 评阅教师 日期
1 绪论 (1) 1.1设计任务 (1) 1.2方案分析论证 (1) 2 基于霍尔传感器的电机转速测量系统硬件设计 (2) 2.1电机转速测量系统的硬件电路设计 (2) 2.2霍尔传感器测量电路设计 (4) 2.3单片机AT89C51 (8) 2.4显示电路设计 (11) 2.5系统软件设计 (14) 3 系统仿真和调试 (16) 3.1Proteus软件 (16) 3.2硬件调试 (17) 3.3软件调试 (19) 3.4软硬件联调 (19) 4 结论 (21) 参考文献 (22) 附录硬件实物图 (23)
1 绪论 1.1 设计任务 1.1.1课程设计目的： 通过《传感器及检测技术》课程设计，掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。 1.1.2课程设计题目： 霍尔元件小车测速系统设计 1.1.3 课程设计内容： 1、霍尔元件测速系统设计 霍尔传感器一般由霍尔元件和磁钢组成，当霍尔元件和磁钢相对运动时，就会产生脉冲信号，根据磁钢和脉冲数量就可以计算转速，进而求出车速。 现要求设计一个测量系统，在小车的适当位置安装霍尔元件及磁钢，使之具有以下功能： 1）LED数码管显示小车的行驶距离（单位：cm）。 2）具有小车前进和后退检测功能，并用指示灯显示。 3）记录小车的行驶时间，并实时计算小车的行驶速度。 4）距离测量误差＜2cm。 5）其它。 1.2 方案分析论证 1.2.1 霍尔测速模块论证与选择 方案一：采用型号为A3144的霍尔片作为霍尔测速模块的核心，该霍尔片体积小，安装灵活，价格合理，可用于测速，可与普通的磁钢片配合工作。 方案二：采用型号为CHV-20L的霍尔元器件作为霍尔测速模块的核心,该霍尔器件额定电流为100mA,输出电压为5V,电源为12～15V。体积较大，价格昂贵。 因此选择方案一。 1.2.2 单片机模块论证与选择 方案一：采用型号为AT89C51的单片机作为主控制器，使用霍尔传感器进行测量的直流电机转速测量系统。AT89C51是带4K字节闪烁可编程擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。它将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，为许多控制提供了灵活性高且价格低廉的方案[3]。
霍尔传感器的原理及应用
第八章霍尔传感器 课题：霍尔传感器的原理及应用课时安排：2 课次编号：12 教材分析 难点：开关型霍尔集成电路的特性 重点：霍尔传感器的应用 教学目的和要求1、了解霍尔传感器的工作原理； 2、了解霍尔集成电路的分类； 3、掌握线性型和开关型霍尔集成电路的特性； 4、掌握霍尔传感器的应用。 采用教学方法和实施步骤：讲授、课堂互动、分析教具：各种霍尔元 件、霍尔传感器 各教学环节和内容 演示1： 将小型蜂鸣器的负极接到霍尔接近开关的OC门输出 端，正极接V cc端。在没有磁铁靠近时，OC门截止，蜂鸣 器不响。 当磁铁靠近到一定距离（例如3mm）时，OC门导通， 蜂鸣器响。将磁铁逐渐远离霍尔接近开关到一定距离（例 如5mm）时，OC门再次截止，蜂鸣器停响。 演示2： 将一根导线穿过10A霍尔电流传感器的铁芯，通入0.1~1A电流，观察霍尔IC的输出电压的变化，基本与输入电流成正比。 从以上演示，引入第一节霍尔效应、霍尔元件的工作原理。 第一节霍尔元件的工作原理及特性 一、工作原理 金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势E H，这种现象称为霍尔效应（Hall Effect），该电动势称为霍尔电动势（Hall EMF），上述半导体薄片称为霍尔元件（Hall Element）。用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器（Hall Transducer）。
图8-1霍尔元件示意图 a）霍尔效应原理图b）薄膜型霍尔元件结构示意图c）图形符号d）外形霍尔属于四端元件： 其中一对（即a、b端）称为激励电流端，另外一对（即c、d端）称为霍尔电动势输出端，c、d端一般应处于侧面的中点。 由实验可知，流入激励电流端的电流I越大、作用在薄片上的磁场强度B越强，霍尔电动势也就越高。霍尔电动势E H可用下式表示 E H=K H IB（8-1）式中K H——霍尔元件的灵敏度。 若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度θ时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即B cosθ，这时的霍尔电动势为 E H=K H IB cosθ（8-2） 从式（8-2）可知，霍尔电动势与输入电流I、磁感应强度B成正比，且当B的方向改变时，霍尔电动势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电动势为同频率的交变电动势。 目前常用的霍尔元件材料是N型硅，霍尔元件的壳体可用塑料、环氧树脂等制造。 二、主要特性参数 （1）输入电阻R i恒流源作为激励源的原因：霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。它的数值从几十欧到几百欧，视不同型号的元件而定。温度升高，输入电阻变小，从而使输入电流I ab变大，最终引起霍尔电动势变大。使用恒流源可以稳定霍尔原件的激励电流。 （2）最大激励电流I m激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电动势的温漂增大，因此每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安至十几毫安。 提问：霍尔原件的最大激励电流I m为宜。 A．0mA B．±0.1 mA C．±10mA D．100mA （4）最大磁感应强度B m磁感应强度超过B m时，霍尔电动势的非线性误差将明显增大，B m的数值一般小于零点几特斯拉。 提问：为保证测量精度，图8-3中的线性霍尔IC的磁感应强度不宜超过为宜。 A．0T B．±0.10T C．±0.15T D．±100Gs
霍尔齿轮转速传感器的工作原理和优点
霍尔齿轮转速传感器的工作原理和优点 作者: 发布时间:2009-11-25 来源: 关键字:霍尔转速传感器 霍尔转速传感器的主要工作原理是霍尔效应，也就是当转动的金属部件通过霍尔传感器的磁场时会引起电势的变化，通过对电势的测量就可以得到被测量对象的转速值。霍尔转速传感器的主要组成部分是传感头和齿圈，而传感头又是由霍尔元件、永磁体和电子电路组成的。 霍尔转速传感器的工作原理 霍尔转速传感器在测量机械设备的转速时，被测量机械的金属齿轮、齿条等运动部件会经过传感器的前端，引起磁场的相应变化，当运动部件穿过霍尔元件产生磁力线较为分散的区域时，磁场相对较弱，而穿过产生磁力线较为几种的区域时，磁场就相对较强。 霍尔转速传感器就是通过磁力线密度的变化，在磁力线穿过传感器上的感应元件时，产生霍尔电势。霍尔转速传感器的霍尔元件在产生霍尔电势后，会将其转换为交变电信号，最后传感器的内置电路会将信号调整和放大，输出矩形脉冲信号。 霍尔转速传感器的测量方法 霍尔转速传感器的测量必须配合磁场的变化，因此在霍尔转速传感器测量非铁磁材质的设备时，需要事先在旋转物体上安装专门的磁铁物质，用以改变传感器周围的磁场，这样霍尔转速传感器才能准确的捕捉到物质的运动状态。 霍尔转速传感器主要应用于齿轮、齿条、凸轮和特质凹凸面等设备的运动转速测量。高转速磁敏电阻转速传感器除了可以测量转速以外，还可以测量物体的位移、周期、频率、扭矩、机械传动状态和测量运行状态等。 霍尔转速传感器目前在工业生产中的应用很是广泛，例如电力、汽车、航空、纺织和石化等领域，都采用霍尔转速传感器来测量和监控机械设备的转速状态，并以此来实施自动化管理与控制。 霍尔转速传感器的应用优势 霍尔转速传感器的应用优势主要有三个，一是霍尔转速传感器的输出信号不会受到转速值的影响，二是霍尔转速传感器的频率相应高，三是霍尔转速传感器对电磁波的抗干扰能力强，因此霍尔转速传感器多应用在控制系统的转速检测中。 同时，霍尔转速传感器的稳定性好，抗外界干扰能力强，如抗错误的干扰信号等，因此不易因环境的因素而产生误差。霍尔转速传感器的测量频率范围宽，
霍尔传感器转速测量电路设计
课程设计报告书
2.概述 2.1系统组成框图 系统由传感器、信号预处理电路、处理器、显示器和系统软件等部分组成。传感器部分采用霍尔传感器，负责将电机的转速转化为脉冲信号。信号预处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形电路等部分，其中放大器实现对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求，实现对小信号的测量；波形变换和波形整形电路实现把正负交变的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS兼容信号。处理器采用AT89C51单片机，显示器采用8位LED数码管动态显示。本课题采用的是以8051系列的A T89C51单片机为核心开发的霍尔传感器测转速的系统。系统硬件原理框图如图1所示： 图1 系统框图 2.2系统工作原理 转速是工程上一个常用的参数，旋转体的转速常以每分钟的转数来表示。其单位为 r／min。由霍尔元件及外围器件组成的测速电路将电动机转速转换成脉冲信号，送至单片机AT89C51的计数器 T0进行计数，用T1定时测出电动机的实际转速。此系统使用单片机进行测速，采用脉冲计数法，使用霍尔传感器获得脉冲信号。其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆盘上粘上两粒磁钢，让霍尔传感器靠近磁钢，机轴每转一周，产生两个脉冲，机轴旋转时，就会产生连续的脉冲信号输出。由霍尔器件电路部分输出，成为转速计数器的计数脉冲。控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。单片机CPU将该数据处理后，通过LED显示出来。
2.2.1霍尔传感器 霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，由磁钢、霍耳元件等组成。测量系统的转速传感器选用SiKO 的 NJK-8002D 的霍尔传感器，其响应频率为100KHz ，额定电压为5-30（V ）、检测距离为10（mm ）。其在大电流磁场或磁钢磁场的作用下，能测量高频、工频、直流等各种波形电流。该传感器具有测量精度高、电压范围宽、功耗小、输出功率大等优点，广泛应用在高速计数、测频率、测转速等领域。输出电压4～25V ，直流电源要有足够的滤波电容，测量极性为N 极。安装时将一非磁性圆盘固定在电动机的转轴上，将磁钢粘贴在圆盘边缘，磁钢采用永久磁铁，其磁力较强，霍尔元件固定在距圆盘1-10mm 处。当磁钢与霍尔元件相对位置发生变化时，通过霍尔元件感磁面的磁场强度就会发生变化。圆盘转动，磁钢靠近霍尔元件，穿过霍尔元件的磁场较强，霍尔元件输出低电平；当磁场减弱时，输出高电平，从而使得在圆盘转动过程中，霍尔元件输出连续脉冲信号。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。 2.2.2转速测量原理 霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，器件的长、宽、高分别为 l 、b 、d 。若在垂直于薄片平面（沿厚度 d ）方向施加外磁场B ，在沿l 方向的两个端面加一外电场，则有一定的电流流过。由于电子在磁场中运动，所以将受到一个洛仑磁力，其大小为：qVB f = 式中：f —洛仑磁力， q —载流子电荷， V —载流子运动速度， B —磁感应强度。 这样使电子的运动轨迹发生偏移，在霍尔元器件薄片的两个侧面分别产生电子积聚或电荷过剩，形成霍尔电场，霍尔元器件两个侧面间的电位差H U 称为霍尔电压。 霍尔电压大小为： H U H R =d B I /??(mV) 式中：H R —霍尔常数， d —元件厚度，B —磁感应强度， I —控制电流 设 H K H R =d /, 则H U =H K d B I /??(mV) H K 为霍尔器件的灵敏系数(mV/mA/T)，它表示该霍尔元件在单位磁感应强度和 单位控制电流下输出霍尔电动势的大小。应注意，当电磁感应强度B 反向时，霍尔电动势也反向。图2为霍耳元件的原理结构图。
传感器课程设计——霍尔传感器测量磁场要点
目录 一、课程设计目的与要求 (2) 二、元件介绍 (3) 三、课程设计原理 (6) 3.1霍尔效应 (6) 3.2测磁场的原理,载流长直螺线管内的磁感应强度 (8) 四、课程设计内容 (10) 4.1电路补偿调节 (10) 4.2失调电压调零 (10) 4.3按图4-3接好信号处理电路 (10) 4.4按图4-4接好总测量电路 (11) 4.5数据记录与处理 (12) 4.6数据拟合 (14) 五、成品展示 (16) 六、分析与讨论 (17) 实验所需仪器 (19) 个人总结 (20) 致谢 (21) 参考文献 (22) 参考网址 (22)
一、课程设计目的与要求 1.了解霍尔传感器的工作原理 2.掌握运用霍尔传感器测量磁场的方法
二、元件介绍 CA3140 CA3140高输入阻抗运算放大器,是美国无线电公司研制开发的一种BiMOS高电压的运算放大器在一片集成芯片上，该CA3140A和CA3140 BiMOS运算放大器功能保护MOSFET的栅极（PMOS上）中的晶体管输入电路提供非常高的输入阻抗，极低输入电流和高速性能。操作电源电压从4V至36V（无论单或双电源),它结合了压电PMOS晶体管工艺和高电压双授晶体管的优点.(互补对称金属氧化物半导体)卓越性能的运放。 应用范围: .单电源放大器在汽车和便携式仪表 .采样保持放大器 .长期定时器 .光电仪表 .探测器 .有源滤波器 .比较器 .TTL接口 .所有标准运算放大器的应用 .函数发生器 .音调控制 .电源 .便携式仪器
3503霍尔元件 UGN3503LT，UGN3503U和UGN3503UA霍尔效应传感器准确地跟踪磁通量非常小的变化，密度变化通常太小以致不方便操作霍尔效应开关。 可作为运动探测器，齿传感器和接近探测器，磁驱动机械事件的镜像。作为敏感电磁铁的显示器，就可以有效地衡量一个系统的负载量可以忽略不计的性能，同时提供隔离污染和电气噪声。 每个霍尔效应集成电路包括一个霍尔传感元件，线性放大器和射极跟随器输出级。 三种封装形式提供了对磁性优化包大多数应用程序。封装后缀“LT”是一个缩影SOT-89/TO243AA表面贴装应用的晶体管封装;后缀“U”是一个微型三引脚塑料SIP，而'UA'是一个三引脚超小型SIP协议。所有器件的额定连续运行温度范围为-20 °C至+85°C。 特点: ·极为敏感 ·至23 kHz的平坦的响应Array·低噪声输出 ·4.5 V至6 V的操作 ·磁性优化装箱 图2-4 3503霍尔元件封装及引脚图
霍尔转速传感器测速实验
实验九霍尔转速传感器测速实验 一、实验目的 了解霍尔转速传感器的应用。 二、基本原理 根据霍尔效应表达示U H=K H IB，当K H I不变时，在转速圆盘上装上N只磁性体，并在磁钢上方安装一霍尔元件。圆盘每转一周，表面的磁场B从无到有就变化N次，霍尔电势也相应变化N次。此电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转体的转速。 三、需用器件与单元 霍尔转速传感器、转速测量控制仪。 四、实验步骤 1、根据图9-1，将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上，探头对准转盘内的磁钢。 图9-1 霍尔转速传感器安装示意图 2、将+15V直流电源加于霍尔转速器的电源输入端，红（+）、绿（ ），不要接错。 3、将霍尔传感器输出端（黄线）接示波器或者频率计。 4、调节电动转速电位器使转速变化，用示波器观察波形的变化（特别注意脉宽的变化）， 或用频率计观察输出频率的变化。
五、实验结果分析与处理 1、记录频率计六组输出频率数值如下： 由以上数据可得：最快转速对应的频率f1=152.83Hz，最慢转速对应频率f6=20.1Hz。随着转速的减小，脉宽T1逐渐变大，但占空比基本保持不变，而且速度不能无限减小。 六、思考题 1、利用霍尔元件测转速，在测量上是否有所限制？ 答：有，测量速度不能过慢，因为磁感应强度发生变化的周期过长，大于读取脉冲信号的电路的工作周期，就会导致计数错误。 2、本实验装置上用了二只磁钢，能否只用一只磁钢？ 答：如果霍尔是单极的，可以只用一只磁钢，但可靠性和精度会差一些；如果霍尔是双极的，那么必须要有一组分别为n/s极的磁钢去开启关断它，那么至少要两只磁钢。 1
霍尔传感器课程设计资料
参考文献 方佩敏新编传感器原理,〔M].北京:电子工业出版社，1992;8~82. 顾仁明实用电工及电气设备[M].济南:山东科学技术出版社，1985:7~60. 吴道悌非电量电测技术[M].西安:西安交通大学出版社，2000:96~105. 殷勤业自动检测和仪表中的共性技术[M].北京:清华大学出版社，2000:166~185. 张毅自动检测技术及仪表[M]化学工业出版社，2004: 8~36. 孙育才 MCS一51系列单片微型计算机及其应用〔M〕.南京:东南大学出版社，2000. 单永祥传感器的原理与设计基础及其应用［M］北京：国防业出版社，赵负国现代传感器集成电路［M］北京：人民邮电出版社 赵继文传感器与应用电路设计［M ］北京：科学出版社， 强锡富《传感器》普通高等教育机电类规划教材［M ］北京械工业出版社 一设计目的 通过课程设计，使我们在实践环节中进一步理解和熟悉自动检测仪表的原理、组成和调试。熟悉霍尔传感器的原理，掌握常用的霍尔传感器的使用方法。掌握常用芯片的使用方法，熟悉A/D转换与单片机的
接口方法。并培养动手能力，学会检索相关科技文献的方法，查找器件手册与相关参数，整理总结设计报告。 二设计要求 1）采用霍尔传感器； 2）测量范围为0~50A； 3) 电路由霍尔传感器转换、A/D显示电路组成； 4）要求说明工作原理，附系统图一张。 三控制系统设计框图 由UGN-3501M、A/D转换器单片机及液晶显示器组成的数显霍尔电流表的控制框图如图1所示 四系统硬件设计 1 霍尔传感器 1.1 检测原理 N 霍尔传感器广泛用于测量电流，从而可以制成电流过载检测器或过载保护装置；在电机控制驱动中，作为电流反馈元件构成电流反馈回路,构成电流表。 本设计用UGN-3501M霍尔传感器测量电流。UGN-3501 M是集成的线性型霍尔 1 传感器，为8引脚PID封装的集成电路，采用差动霍尔电压输出，其输出极性与磁场方向有关，检测灵敏度为1. 4V/0. 1T应用时在其5,6,7引脚连接调整电位器，可补偿不等位电势，同时可改善线性。
11霍尔效应及霍尔传感器应用
霍尔效应及霍尔传感器应用 霍尔效应Hall Effect是一种磁电效应，是德国物理学家霍尔1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。 根据霍尔效应，人们用半导体材料制成霍尔元件，它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、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。 通过该实验可以了解霍尔效应的物理原理以及把物理原理应用到测量技术中的基本过程。 当电流垂直于外磁场方向通过导体时，在垂直于磁场和电流方向的导体的两个端面之间出现电势差的现象称为霍尔效应，该电势差称为霍尔电势差（霍尔电压）。 霍尔效应原理 所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。 利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。霍尔电位差UH的基本关系为 UH=RHIB/d（18） RH=1/nq（金属）（19） 式中RH——霍尔系数； n——载流子浓度或自由电子浓度； q——电子电量； I——通过的电流； B——垂直于I的磁感应强度； d——导体的厚度。 对于半导体和铁磁金属，霍尔系数表达式与式（19）不同，此处从略。 由于通电导线周围存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔元件测量出磁场，就可确定导线电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。 若把霍尔元件置于电场强度为E、磁场强度为H的电磁场中，则在该元件中将产生电流I，元件上同时产生的霍尔电位差与电场强度E成正比，如果再测出该电磁场的磁场强度，则电磁场的功率密度瞬时值P可由P=EH确定。 利用这种方法可以构成霍尔功率传感器。 如果把霍尔元件集成的开关按预定位置有规律地布置在物体上，当装在运动物体上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的位移。若测出单位时间内发出的脉冲数，则可以确定其运动速度。 霍尔效应在应用技术中特别重要。 霍尔发现，如果对位于磁场(B)中的导体(d)施加一个电压(Iv)，该磁场的方向垂直于所施加电压的方向，那么则在既与磁场垂直又和所施加电流方向垂直的方向上会产生另一个电压(UH)，人们将这个电压叫做霍尔电压，产生这种现象被称为霍尔效应。 好比一条路，本来大家是均匀的分布在路面上，往前移动.当有磁场时，大家可能会被推到靠路的右边行走.故路(导体)的两侧，就会产生电压差.这个就叫“霍尔效应”。 方便起见，假设导体为一个长方体，长度分别为a,b,d，磁场垂直ab平面。电流经过ad，电流I =nqv(ad)，n为电荷密度。设霍尔电压为VH，导体沿霍尔电压方向的电场为VH / a。
霍尔传感器用法
一、霍尔电流电压传感器、变送器的基本原理与使用方法 1．霍尔器件 霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控 制电流I C ，当有一磁场B穿过该器件感磁面，则在输出端出现霍尔电势V H 。 如图1－1所示。 霍尔电势V H 的大小与控制电流I C 和磁通密度B的乘积成正比，即：V H ＝K H I C Bsin Θ 霍尔电流传感器是按照安培定律原理做成，即在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场，而霍尔器件则用来测量这一磁场。因此，使电流的非接触测量成为可能。 通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此，电流传感器经过了电－磁－电的绝缘隔离转换。 2．霍尔直流检测原理 如图1－2所示。由于磁路与霍尔器件的输出具有良好的线性关系，因此霍尔 器件输出的电压讯号U 0可以间接反映出被测电流I 1 的大小，即：I 1 ∝B 1 ∝U 我们把U 0定标为当被测电流I 1 为额定值时，U 等于50mV或100mV。这就制成 霍尔直接检测（无放大）电流传感器。
3．霍尔磁补偿原理 原边主回路有一被测电流I1，将产生磁通Φ1，被副边补偿线圈通过的电流I2所产生的磁通Φ2进行补偿后保持磁平衡状态，霍尔器件则始终处于检测零磁通的作用。所以称为霍尔磁补偿电流传感器。这种先进的原理模式优于直检原理模式，突出的优点是响应时间快和测量精度高，特别适用于弱小电流的检测。霍尔磁补偿原理如图1－3所示。 从图1－3知道：Φ 1＝Φ 2 I 1N 1 ＝I 2 N 2 I 2＝N I /N 2 ·I 1 当补偿电流I 2流过测量电阻R M 时，在R M 两端转换成电压。做为传感器测量电 压U 0即：U ＝I 2 R M 按照霍尔磁补偿原理制成了额定输入从0.01A～500A系列规格的电流传感器。 由于磁补偿式电流传感器必须在磁环上绕成千上万匝的补偿线圈，因而成本增加；其次，工作电流消耗也相应增加；但它却具有直检式不可比拟的较高精度和快速响应等优点。 4．磁补偿式电压传感器 为了测量mA级的小电流，根据Φ 1＝I 1 N 1 ，增加N 1 的匝数，同样可以获得高磁 通Φ 1 。采用这种方法制成的小电流传感器不但可以测mA级电流，而且可以测电压。 与电流传感器所不同的是在测量电压时，电压传感器的原边多匝绕组通过串 联一个限流电阻R 1，然后并联连接在被测电压U 1 上，得到与被测电压U 1 成比 例的电流I 1 ，如图1－4所示。
霍尔传感器课程设计报告.doc
六安职业技术学院课程设计（论文） 磁学传感器 ——霍尔接近开关 姓名：于晓路刘之蒙 李飞飞司成维 指导教师：李棚 专业名称：计控0901 所在系部：信息工程 二○一一年五月
课程设计开题报告
摘要 20 世纪末,集成霍尔传感器技术得到了迅猛发展,各种性能的集成霍尔 传感器不断涌现,它们已在汽车、纺织、化工、通讯、电机、电信、计算机等各个领域得到广泛的应用,特别是由集成开关型霍尔传感器制成的无刷直流电机(霍尔电机) 已经进入千家万户. 广泛应用于录音机、摄录像设备、VCD、DVD、及新型助力自行车等家用电器中. 笔者将集成开关型霍尔传感器及其计时装置应用于力学实验中,同时还可对该传感器的特性参数进行测量. 由于保留了传统的实验方法,所以使实验的内容更具综合性,它一方面能让学生从多角度地了解和掌握一些经典的测量手段和操作技能.另一方面由于加入了用集成开关型霍尔传感器来测量时间或周期的新方法,使学生对这种传感器的特性及在自动测量和自动控制中的作用有进一步的认识,从而真正领略这一最新传感技术的风采. 传统实验与现代化技术相结合对推进素质教育,培养想象能力和创新能力是十分有用的. 而这类实验已在我校的中学物理实验研究课程中开设,教师和学生都很有兴趣,教学效果很好。 关键字：霍尔效应、霍尔传感器、接近开关 Abstract 20th century, integrated Hall sensor technology has been rapid development of various properties of integrated Hall sensors are constantly emerging, they are in the automotive, textile, chemicals, telecommunications, electrical, telecommunications, computers and other widely used in various fields, especially By the integrated Hall Switch Sensor made of brushless DC motor (Hall motor) has entered every household. widely used in tape recorders, video camera equipment, VCD, DVD, and new bicycles and other household appliances. I will be integrated Hall Switch Sensor and timing devices used in mechanical experiments, while the sensor parameters can be measured. As to retain the traditional experimental method, so that the contents of a more comprehensive experiment one hand, it allows Students from many angles to understand and master some classic measurements and operational skills. On the other hand due to join the Hall Switch with integrated sensors to measure cycle time or a new method, students and the characteristics of the sensor in