霍尔效应传感器

根据霍尔效应制作的磁场传感器

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种。霍尔效应传感器的主要作用是识别电机绕组相位位置信息转换为电信号，驱动器通过读取霍尔元件的输出端电平信号，得到转子的位置信息，逻辑开关根据电机的转子位置信息完成正确的换向，给电机对应绕组通以电流，形成气隙旋转磁场使电机不停地运转。霍尔效应传感器广泛用于识别电机定、转子之间相对位置，实现电机的电子换相。

简介

霍尔效应传感器也称霍尔传感器，是一个换能器，将变化的磁场转化为输出电压的变化。霍尔传感器首先是实用于测量磁场，此外还可测量产生和影响磁场的物理量，例如被用于接近开关、霍尔、位置测量、转速测量和电流测量设备。

其最简单的形式是，传感器作为一个模拟换能器，直接返回一个电压。在已知磁场下，其距霍尔盘的距离可被设定。使用多组传感器，磁铁的相关位置可被推断出。通过导体的电流会产生一个随电流变化的磁场，并且霍尔效应传感器可以在不干扰电流情况下而测量电流，典型的构造为将其和绕组磁芯或在被测导体旁的永磁体合成一体。

通常，霍尔效应传感器和电路相连，从而允许设备以数位（开/关）模式操作，在这种情况下可以被称为开关。工业中常见的设备，例如气缸，也被用于日常设备中，如一些打印机使用他们来监测缺纸和敞盖的情况。当键盘被要求高可靠性时，便也设计霍尔传感器在其按键内。

霍尔效应传感器通常被用于计量车轮和轴的速度，例如在内燃机点火定时（正时）或转速表上。其在无刷直流电动机的使用，用来检测永磁铁的位置。轮子带有两个等距的磁铁，传感器上的电压在一个周期内将两次达到峰值，此设置通常被用来校准磁盘驱动的速率。

霍尔位置传感器是电机控制系统的重要组成部分，需综合考虑识别精度、体积、环境适应性、成本等诸多因素。三相BLDC在无刷电机中应用广泛，其霍尔位置传感器具有高可靠性、高灵敏度和好的温度稳定性；采用的霍尔元件比其它传感器具有环境适应强、高可靠、无触点抖动、自身固有滞环等特点。

历史

这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

工作原理

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。图1所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作用点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。

霍尔探头

霍尔探头使用铟的化合物晶体，如娣化铟。晶体大小为5平方毫米左右，置于铝基上，通过封装成为探头。晶体平面垂直于探头底侧，底侧由非铁磁材料制成，以避免自身影响磁场。引线自晶体出发，穿过底侧，进入到电路模块。

把探头置于磁场中，当电流流经晶体时，载流子受洛伦兹力作用出现偏转导致载流子在晶体上的分布不均匀，晶体两端的铝基上因此可以探测到霍尔电压。

霍尔探头可以测量微弱的地球磁场。霍尔探测器首先需要根据已知磁场强度进行调校。然后，探头需要以适当方向放置以使地磁场磁流线直接穿过它。然后再以反方向放置，所读出的流密度是地球磁流密度的两倍。

典型应用

霍尔效应传感器实际上是一种具有霍尔效应的高质量汽车部件。它可以提高各种电子系统在行驶过程中信息采集的及时性和有效性，进而提高行驶的安全性和稳定性。通过霍尔效应产生的增强作用，在汽车的制造阶段，合理挥发霍尔效应传感器的作用，进而优化、减少汽车功耗，降低汽车所产生多类污染源的影响。

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