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摘要： 霍爾傳感器（霍爾開關(guān)，線性霍爾傳感器等）被用于檢測磁場強(qiáng)度變化的，接近傳感器，位置和速度測量等應(yīng)用中。它們甚至還用于計(jì)算機(jī)打印機(jī)，氣壓缸，計(jì)算機(jī)鍵盤等。

霍爾傳感器（霍爾開關(guān)，線性霍爾傳感器等）被用于檢測磁場強(qiáng)度變化的，接近傳感器，位置和速度測量等應(yīng)用中。它們甚至還用于計(jì)算機(jī)打印機(jī)，氣壓缸，計(jì)算機(jī)鍵盤等。那么什么是霍爾傳感器？霍爾傳感器的工作原理是什么？霍爾傳感器的應(yīng)用有哪些？

霍爾傳感器概述

霍爾傳感器是是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁性傳感器，其輸出取決于磁場或磁性傳感器周圍的磁通密度。

“霍爾”一詞來自 埃德溫·霍爾博士，他是第一次發(fā)現(xiàn)這種霍爾效應(yīng)。如果存在垂直于電流通過的物體的外部磁場，則會(huì)在垂直于磁場和電流的方向上產(chǎn)生電動(dòng)勢。

霍爾傳感器的符號(hào)

霍爾傳感器的公式

線性霍爾傳感器的輸出可以表示為：

VH 是霍爾電壓

RH 是霍爾效應(yīng)系數(shù)

I是流過傳感器（半導(dǎo)體平板）的電流

t是傳感器的厚度

B是外部磁通密度

霍爾效應(yīng)數(shù)字傳感器的輸出取自 OPAMP 的輸出，后者又與內(nèi)置的施密特觸發(fā)器相連 磁滯現(xiàn)象 這減少了輸出電壓的振蕩。 在這種情況下，只有當(dāng)外部場強(qiáng)高于設(shè)備中的特定值時(shí)，設(shè)備才會(huì)從關(guān)閉狀態(tài)切換到開啟狀態(tài)。

霍爾傳感器的構(gòu)造

霍爾傳感器通常由矩形的半導(dǎo)體片（例如銦）組成 銻（InSb）或砷化鎵（GaAs），稱為霍爾探頭，安裝在 鋁板并完全覆蓋在探頭內(nèi)部。 由非磁性材料制成的探針手柄與探針頭連接，以使半導(dǎo)體矩形板的平面垂直于探針手柄。

激活設(shè)備后，會(huì)持續(xù)流過半導(dǎo)體。 如果外部磁場線與探頭成直角，使得場線穿過探頭的傳感器成直角，則會(huì)產(chǎn)生稱為“霍爾效應(yīng)”電壓的電壓，并且設(shè)備會(huì)提供讀數(shù)外磁場的磁通密度（B）的關(guān)系。

霍爾傳感器的工作原理

霍爾傳感器主要是由于洛倫茲力的影響而工作的（它是帶電粒子由于電場或磁場而受到的力，即簡單地 電磁 場）。

在存在足夠大的現(xiàn)有外部磁場的情況下，半導(dǎo)體平板中的電子朝平板的一個(gè)邊緣偏轉(zhuǎn)，即，由于作用在它們上的洛倫茲力，空穴和電子朝平板的任一側(cè)移動(dòng)。

為此，半導(dǎo)體的一側(cè)帶負(fù)電，而相反側(cè)則帶正電。 由于在矩形板的兩個(gè)相對側(cè)上積累了相反的電荷，因此在這兩個(gè)側(cè)上都產(chǎn)生了電壓梯度。 該電壓稱為霍爾電壓（VH），并且通過使用外部磁場產(chǎn)生此可測量霍爾電壓的效應(yīng)稱為霍爾效應(yīng)。

為了產(chǎn)生電勢差以產(chǎn)生可測量的電壓，外部磁場線必須與電流流過平板的平面成直角。 另外，應(yīng)提供正確的極性以使霍爾傳感器正常工作。

霍爾傳感器工作原理

當(dāng)電子和空穴彼此分開時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電勢梯度，并且間距會(huì)增大，直到電場產(chǎn)生的力與磁場產(chǎn)生的力達(dá)到平衡為止。 當(dāng)兩個(gè)力彼此平衡時(shí)，電流沒有變化，并且已經(jīng)計(jì)算出在這一點(diǎn)上并從該磁通密度（B）中檢測到的霍爾電壓。

如果輸出電壓線性依賴于磁通量密度，則稱其為線性霍爾傳感器，如果輸出電壓在不同磁通密度下急劇下降，則稱為閾值霍爾傳感器。

我們已經(jīng)聽說過感應(yīng)傳感器，感應(yīng)傳感器會(huì)響應(yīng)不斷變化的磁場，因?yàn)楦袘?yīng)線圈中的電流會(huì)在線圈中感應(yīng)出電流，從而在其輸出中產(chǎn)生電壓。 因此，電感式傳感器只能檢測到靜態(tài)（不變的）磁場，而霍爾傳感器則可以檢測到變化的和不變的磁場。

霍爾傳感器可以提供有關(guān)用于產(chǎn)生電壓的磁極類型以及外部磁通密度（B）大小的信息。 使用一組傳感器，我們可以找到所用外部磁體的相對位置。

霍爾傳感器的輸出電壓通常具有很小的幅度，例如幾微伏，即使在傳感器上施加了強(qiáng)大的外部磁場也是如此。 因此，大多數(shù)市售的霍爾傳感器都內(nèi)置有直流放大器和穩(wěn)壓器，以提高傳感器的靈敏度和輸出電壓的幅度。

霍爾傳感器的類型

根據(jù)其操作所需的外部磁極的類型，霍爾傳感器有兩種類型。

1、雙極

2、單極

使用單個(gè)磁體的霍爾傳感器中最常見的兩種傳感配置是正面檢測和側(cè)向檢測。 在側(cè)向檢測中，需要在霍爾效應(yīng)元件的表面前面以橫向運(yùn)動(dòng)移動(dòng)磁體。 在正面檢測中，磁體以垂直于霍爾元件平面的方式移向和移離霍爾元件。

霍爾傳感器的應(yīng)用

位置傳感器： 在開/關(guān)模式下運(yùn)行時(shí)，即具有數(shù)字輸出，檢測磁的發(fā)生 物料 是霍爾傳感器的重要工業(yè)應(yīng)用之一。

直流變壓器： 霍爾傳感器用于測量直流磁通量，因此可以計(jì)算出直流電流。

鍵盤開關(guān)： 對于某些計(jì)算機(jī)鍵盤，使用了霍爾效應(yīng)開關(guān)。 但是由于其相對較高的成本，由于其高可靠性而被限制在航空航天和軍事領(lǐng)域。

油位指示器： 霍爾傳感器使用位置感測來感測浮動(dòng)元件的位置，并用作汽車油位指示器。

電動(dòng)跑步機(jī)： 霍爾傳感器在這里用于速度傳感器以及由于意外跌落而緊急停止。 跑步機(jī)中使用者的腰帶連接到拉繩，拉繩又連接到磁鐵。 如果用戶不小心摔倒，磁鐵會(huì)脫落，并且電源會(huì)中斷，從而使機(jī)器停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

審核編輯：湯梓紅