文档介绍：第四章磁传感器根据电磁感应定律,在切割磁通的电路里,产生与磁通和变化速率成正比的感应电动势。因此最简单的把磁转换成电的磁传感器就是线圈,随着科学技术的发展,现代的磁传感器已向固体化发展,它是利用磁场作用使物质的电性能发生变化的各种物理效应制成的,从而使磁场强度转换为电信号。磁传感器的种类较多,制作的传感器的材料有半导体、磁性体、超导体等不同材料制作的磁传感器其工作原理和特性也不相同。本章根据最近磁传感器的发展,重点介绍基于霍尔效应的霍尔磁敏传感器。一、霍耳磁敏传感器(一)霍耳效应通电的导体或半导体,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势的现象。+I+++++++++++------Blwd霍耳效应原理图UH----w-fL-+--+++fEBIUHdL(二)霍耳磁敏传感器工作原理设霍耳片的长度为l,宽度为w,厚度为d。又设电子以均匀的速度v运动,则在垂直方向施加的磁感应强度B的作用下,它受到洛仑兹力q—电子电量(×10-19C)v—电于运动速度同时,作用于电子的电场力当达到动态平衡时霍耳电势UH与I、B的乘积成正比,而与d成反比。于是可改写成:电流密度j=nqvn—N型半导体中的电子浓度N型半导体P型半导体—霍耳系数,由载流材料物理性质决定。ρ—材料电阻率p—P型半导体中的空穴浓度μ—载流子迁移率,μ=v/E,即单位电场强度作用下载流子的平均速度。.金属材料,电子μ很高但ρ很小,绝缘材料,ρ很高但μ很小。因此霍尔系数很小,使输出霍尔电势很小,,霍耳片全部采用半导体材料制成。,,霍尔电势的大小正比于控制电流和磁感应强度,因此霍尔元件可用于测量磁场(电流恒定)和检测电流(磁场恒定)。设KH=RH/dKH—霍耳器件的乘积灵敏度。它与载流材料的物理性质和几何尺寸有关,表示在单位磁感应强度和单位控制电流时霍耳电势的大小。若磁感应强度B的方向与霍耳器件的平面法线夹角为θ时,霍耳电势应为:UH=KHIBUH=KHIBcosθ注意:当控制电流的方向或磁场方向改变时,输出霍耳电势的方向也改变。但当磁场与电流同时改变方向时,霍耳电势并不改变方向。霍耳器件片a)实际结构(mm);(b)简化结构;(c)等效电路外形尺寸:××;有效尺寸:××(三)霍耳磁敏传感器(霍耳器件)dsl(b)(a)w电流极霍耳电极R4ABCDR1R2R3R4(c)霍耳输出端的端子C、D相应地称为霍耳端或输出端。若霍耳端子间连接负载,称为霍耳负载电阻或霍耳负载。电流电极间的电阻,称为输入电阻,或者控制内阻。霍耳端子间的电阻,称为输出电阻或霍耳侧内部电阻。器件电流(控制电流或输入电流):流入到器件内的电流。电流端子A、B相应地称为器件电流端、控制电流端或输入电流端。DDD关于霍耳器件符号,名称及型号,国内外尚无统一规定,为叙述方便起见,暂规定下列名称的符号。控制电流I;霍耳电势UH;控制电压U;输出电阻R2;输入电阻R1;霍耳负载电阻R3;霍耳电流IH。图中控制电流I由电源E供给,R为调节电阻,保证器件内所需控制电流I。霍耳输出端接负载R3,R3可是一般电阻或放大器的输入电阻、或表头内阻等。磁场B垂直通过霍耳器件,在磁场与控制电流作用下,由负载上获得电压。UHR3UBIEIH霍耳器件的基本电路R实际使用时,器件输入信号可以是I或B,或者IB,而输出可以正比于I或B,或者正比于其乘积IB。上两式是霍耳器件中的基本公式。即:输入电流或输入电压和霍耳输出电势完全呈线性关系。如果输入电流或电压中任一项固定时,磁感应强度和输出电势之间也完全呈线性关系。同样,若给出控制电压U,由于U=R1I,可得控制电压和霍耳电势的关系式设霍耳片厚度d均匀,电流I和霍耳电场的方向分别平行于长、短边界,则控制电流I和霍耳电势UH的关系式