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霍尔角位移传感器(霍尔位移传感器的位移特性研究)

来源:www.haichao.net  时间:2023-01-18 15:59   点击:154  编辑:admin   手机版

1. 霍尔位移传感器的位移特性研究

由霍尔传感器的工作原理可知,U=KIB;即霍尔元件实际感应的是所在位置的磁场强度B的大小。实验中,霍尔元件卫衣的线性性实际上反映了空间磁场的线性分布,揭示了元件测量处磁场的线性分布。

实际的输入输出与拟合的理想的直线的偏离程度的变化 当X不同的时候 实际的输出值与根据拟合直线得到的数值的偏离值是不相同的

2. 霍尔式位移传感器实验结论

gws一般指位移传感器,位移传感器又称为线性传感器,是一种属于金属感应的线性器件,传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。在生产过程中,位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同,位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多,包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。

数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速,应用日益广泛。

3. 霍尔传感器位移特性实验

霍尔位移传感器是由两个半环形磁钢组成的梯度磁场和位于磁场中心的锗材料半导体霍尔片装置构成。还包括测量电路及显示部分。

是两个结构相同的直流磁路系统共同形成一个沿x 轴的梯度磁场。为使磁隙中的磁场得到较好的线性分布,在磁极端面装有特殊形式的极靴。用它制作的位移传感器灵敏度很高

4. 霍尔式位移传感器的结构原理

因为是利用磁感原理,所以霍尔传感器有如下的优点:

(1)可用于探测多种物理量,例如位置感应,速度以及运动方向的感应。

(2)因为是固态设备,而且没有活动部件,所以不会出现摩擦及磨损,理论上有无限寿命。

(3)稳固,高重复性,几乎免维护。

(4)不受振动,灰尘和水的影响。

(5)可应用于高速测量,例如大于100KHz,而电容和电感式传感器在如此高速应用时,输出信号就会变得扭曲。

(6)低成本。

(7)体积小,可用于表面贴装。

当然,也正因为如此,它也有一些缺点:

(1)线性霍尔传感器,测量距离受限。

(2)因为利用磁性,所以外部磁场可能会影响测量值。

(3)因为高温会影响导体电阻,反过来,会影响载流子的迁移率和霍尔传感器的灵敏度。

5. 霍尔位移传感器的位移特性研究论文

霍尔传感器的应用:

1、霍尔传感器在汽车工业上的应用

霍尔传感器技术在汽车工业中有着广泛的应用,包括动力、车身控制、牵引力控制以及防抱死制动系统。为了满足不同系统的需要,霍尔传感器有开关式、模拟式和数字式传感器三种形式。

霍尔传感器可以采用金属和半导体等制成,效应质量的改变取决于导体的材料,材料会直接影响流过传感器的正离子和电子。制造霍尔元件时,汽车工业通常使用三种半导体材料,即砷化镓、锑化铟以及砷化铟。最常用的半导体材料当属砷化铟。霍尔传感器的形式决定了放大电路的不同,其输出要适应所控制的装置。这个输出可能是模拟式,如加速位置传感器或节气门位置传感器,也可能是数字式。如曲轴或凸轮轴位置传感器。

当霍尔元件用于模拟式传感器时,这个传感器可以用于空调系统中的温度表或动力控制系统中的节气门位置传感器。霍尔元件与微分放大器连接,放大器与NPN晶体管连接。磁铁固定在旋转轴上,轴在旋转时,霍尔元件上的磁场加强。其产生的霍尔电压与磁场强度成比例。

当霍尔元件用于数字信号时,例如曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器或车速传感器,必须首先改变电路。霍尔元件与微分放大器连接,微分放大器与施密特触发器连接。在这种配置中。传感器输出一个开或关的信号。在多数汽车电路中,霍尔传感器是电流吸收器或者使信号电路接地。要完成这项工作,需要一个NPN晶体管与施密特触发器的输出连接。磁场穿过霍尔元件,一个触发器轮上的叶片在磁场和霍尔元件之间通过。

2、霍尔传感器在出租车计价器上的应用

通过安装在车轮上的霍尔传感器检测到的信号,送到单片机,经处理计算,送给显示单元,这样便完成了里程计算。车轮每转一圈,霍尔开关就检测并输出信号,引起单片机的中断,对脉冲计数。比如,当计数达到1000次时,也就是1km,单片机就控制将金额自动增加。

每当霍尔传感器输出一个低电平信号时,就使单片机中断一次,当里程计数器对里程脉冲计满1000次时,就有程序将当前总额累加,使微机进入里程计数中断服务程序中。在该程序中,需要完成当前行驶里程数和总额的累加操作,并将结果存入里程和总额寄存器中。

3、霍尔电流传感器在变频器上的应用

在有电流流过的导线周围会感生出磁场,再用霍尔器件检测由电流感生的磁场,即可测出产生这个磁场的电流的量值。由此就可以构成霍尔电流、电压传感器。因为霍尔器件的输出电压与加在它上面的磁感应强度以及流过其中的工作电流的乘积成比例,是一个具有乘法器功能的器件,并且可与各种逻辑电路直接接口,还可以直接驱动各种性质的负载。因为霍尔器件的应用原理简单,信号处理方便,器件本身又具有一系列的独特优点,所以在变频器中也发挥了非常重要的作用。

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短于1μs。因此,出现过载短路时,在晶体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。

6. 霍尔传感器测量位移的设计

开关型灵敏度指的是他的磁开启/关闭窗口,即要多大的磁场才能使霍尔导通,这个值越小灵敏度越高

线性的灵敏度是指磁场每变化一个单位其输出电压变化的值,这个值越大灵敏度越高

具体到器件决定灵敏度的是IC内部的放大器

7. 霍尔位移传感器设计

编码器与霍尔传感器均是对电流进行分析,将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号。霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理,根据霍尔效应原理,从霍尔元件的控制电流端通入电流Ic;

并在霍尔 元件平面的法线方向上施加磁感应强度为B的磁场,那么在垂直于电流和磁场方向(即霍尔输出端 之间),将产生一个电势VH,称 其为霍尔电势,其大小正比于控 制电流。

编码器与霍尔传感器有3点不同:

一、两者的原理不同:

1、编码器的原理:由一个中心有轴的光电码盘,其上有环形通、暗的刻线,有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度),将C、D信号反向,叠加在A、B两相上,可增强稳定信号;另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。

2、霍尔传感器的原理:磁场中有一个霍尔半导体片,恒定电流I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。

二、两者的概述不同:

1、编码器的概述:编码器是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号,前者称为码盘,后者称为码尺。

2、霍尔传感器的概述:霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。

三、两者的主要作用不同:

1、编码器的组要作用:

一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器,这些脉冲能用来控制角位移,如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起,也可用于测量直线位移。

2、霍尔传感器的主要作用:

(1)力测量:如果把拉力、压力等参数变成位移,便可测出拉力及压力的大小,按这一原理可制成的力传感器。

(2)角速度测量:在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢,霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处,圆盘旋转一周,霍尔传感器就输出一个脉冲,从而可测出转数(计数器),若接入频率计,便可测出转速。

(3)线速度测量:如果把开关型霍尔传感器按预定位置有规律地布置在轨道上,当装在运动车辆上的永磁体经过它时,可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号的分布可以测出车辆的运动速度。

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