第21卷第10期 VoL. 21 No. 10 2002年10月 COLLEGE PHYSICS Oct.2002 新型霍尔传感器的特性及在测量与 物理咱然技术吐会 控制中的应用 张欣陆申龙 (1.上海应用技术学院数理部,上海200235;2.复旦大学物理系,上海20433) 摘要:简述新型霍尔传感器的特性及在自动控制、信息处理和物理量测量中的应用 关键词霍尔效应;集成霍尔传感器;测量;自动控制 中图分类号O4·3 文献标识码B文章编号:1000712(2002)10002804 积小频响宽、动态特性好、对外围电路要求简单、使用 1引言 寿命长及价格低廉 根据霍尔效应制成的霍尔传感器不仅可以用于磁 集成霍尔传感器一般可分为3种:集成线性霍尔 场的测量,大量的还是以磁场为工作媒体,将物体的多传感器(也称位置传感器)、集成霍尔开关和集成霍尔 种运动参量转变为电压输出,因而在自动控制、各种物锁存器.它们都具有传感和控制功能 理量的测量中得到了大量的应用.随着集成电路技术2.1集成霍尔线性传感器 的发展,集成霍尔传感器被大量研制和生产,其应用也 器件输出电压与器件所在位置的磁场强度成线性 愈来愈广泛如:位移传感、速度传感、角度传感、电流关系.如S95A系列和MX0215系列,运用此类器件 感应、直流电机、汽车点火和自动控制等.现在世界上 时,只要选取适当的小磁钢,就可将与小磁钢一起运动 生产集成霍尔传感器的主要公司有 Honeywell . Siemens、的物体的位置、位移、速度、角度等信息以电信号的形 Mexs等,这些厂生产的霍尔传感器新产品据称有100式传感出来达到了自动测量与控制的目的 多种,仅向汽车工业就提供上亿个传感控制器件如在 22集成霍尔开关 一辆豪华轿车中,可使用100来个传感器进行测量和 当霍尔器件所在位置的磁场尚未达到工作点之 控制,采用集成霍尔传感器的控制点达30多处在工 业中大量自动检测采用了霍尔传感技术可见集成霍前,器件以高电平输出,当磁场增强到工作点(B甲)时, 尔传感器的应用已相当广泛然而,在现行大学物理教在尔片输出的电压Um经差分放大器放大后,送至施 材中,关于霍尔传感器技术应用的介绍篇幅相当有限 密特触发器,使之翻转导通,从而使门电路输出端由高 为此,笔者根据自己教学与科研中有关该传感器应用电平变为低电平,称此为“开”状态反之,当磁场减小 的一些经验,整理出一部分有关霍尔传感器应用和新到释放点(Bn)时,门电路输出端截止,则由低电平变 发展的材料,以供读者科研与教学参考 为高电平,称为“关”状态.常见的霍尔开关有 UGN3109A44E和US5881.由于该传感器只对一定强度 2原理 的磁场起作用抗干扰能力强,因而应用广泛 集成霍尔传感器主要由霍尔片和放大器组成,根 3集成霍尔锁成器 据不同应用的需要,有的还加温度补偿电路、稳压电源 它是霍尔开关的一种特殊情况.当磁场超过工作 或施密特触发器及开关电路等,加了不同附加器件后点时,其输出导通为低电平,而当磁场变小乃至完全撤 其应用和特性各不相同.集成霍尔传感器的特点是:体消后,其输出状态保持不变,必须施加一个反向磁场 收稿日期2001-06-26;修回日期:2002-02-08 作者简介:张欣(1960→,男,上海人,上海应用技术学院数理部讲师 2 o1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Ltd. All rights reserved.第 21 卷第 10 期 大 学 物 理 Vol. 21 No. 10 2002 年 10 月 COLLEGE PHYSICS Oct. 2002 收稿日期 :2001 - 06 - 26 ;修回日期 :2002 - 02 - 08 作者简介 :张欣(1960 —) ,男 ,上海人 ,上海应用技术学院数理部讲师. 物理·自然·技术·社会 新型霍尔传感器的特性及在测量与 控制中的应用 张 欣1 ,陆申龙2 (1. 上海应用技术学院 数理部 ,上海 200235 ; 2. 复旦大学 物理系 ,上海 200433) 摘要 :简述新型霍尔传感器的特性及在自动控制、信息处理和物理量测量中的应用. 关键词 :霍尔效应 ;集成霍尔传感器 ;测量 ;自动控制 中图分类号 :O 4 - 34 文献标识码 :B 文章编号 :100020712 (2002) 1020028204 1 引言 根据霍尔效应制成的霍尔传感器不仅可以用于磁 场的测量 ,大量的还是以磁场为工作媒体 ,将物体的多 种运动参量转变为电压输出 ,因而在自动控制、各种物 理量的测量中得到了大量的应用. 随着集成电路技术 的发展 ,集成霍尔传感器被大量研制和生产 ,其应用也 愈来愈广泛. 如 :位移传感、速度传感、角度传感、电流 感应、直流电机、汽车点火和自动控制等. 现在世界上 生产集成霍尔传感器的主要公司有 Honeywell、Siemens、 Melexis 等 ,这些厂生产的霍尔传感器新产品据称有 100 多种 ,仅向汽车工业就提供上亿个传感控制器件. 如在 一辆豪华轿车中 ,可使用 100 来个传感器进行测量和 控制 ,采用集成霍尔传感器的控制点达 30 多处. 在工 业中大量自动检测采用了霍尔传感技术. 可见集成霍 尔传感器的应用已相当广泛. 然而 ,在现行大学物理教 材中 ,关于霍尔传感器技术应用的介绍篇幅相当有限 , 为此 ,笔者根据自己教学与科研中有关该传感器应用 的一些经验 ,整理出一部分有关霍尔传感器应用和新 发展的材料 ,以供读者科研与教学参考. 2 原理 集成霍尔传感器主要由霍尔片和放大器组成 ,根 据不同应用的需要 ,有的还加温度补偿电路、稳压电源 或施密特触发器及开关电路等 ,加了不同附加器件后 其应用和特性各不相同. 集成霍尔传感器的特点是 :体 积小、频响宽、动态特性好、对外围电路要求简单、使用 寿命长及价格低廉. 集成霍尔传感器一般可分为 3 种 :集成线性霍尔 传感器(也称位置传感器) 、集成霍尔开关和集成霍尔 锁存器[1 ] . 它们都具有传感和控制功能. 2. 1 集成霍尔线性传感器 器件输出电压与器件所在位置的磁场强度成线性 关系. 如 SS95A 系列和 MLX90215 系列 ,运用此类器件 时 ,只要选取适当的小磁钢 ,就可将与小磁钢一起运动 的物体的位置、位移、速度、角度等信息以电信号的形 式传感出来 ,达到了自动测量与控制的目的. 2. 2 集成霍尔开关 当霍尔器件所在位置的磁场尚未达到工作点之 前 ,器件以高电平输出 ,当磁场增强到工作点 ( Bop ) 时 , 霍尔片输出的电压 UH 经差分放大器放大后 ,送至施 密特触发器 ,使之翻转导通 ,从而使门电路输出端由高 电平变为低电平 ,称此为“开”状态. 反之 ,当磁场减小 到释放点 ( Brp ) 时 ,门电路输出端截止 ,则由低电平变 为高 电 平 , 称 为“关”状 态. 常 见 的 霍 尔 开 关 有 UGN3109、A44E和 US5881. 由于该传感器只对一定强度 的磁场起作用 ,抗干扰能力强 ,因而应用广泛. 2. 3 集成霍尔锁成器 它是霍尔开关的一种特殊情况. 当磁场超过工作 点时 ,其输出导通为低电平 ,而当磁场变小乃至完全撤 消后 ,其输出状态保持不变 ,必须施加一个反向磁场 , © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved