36 传感器及其应用电路.PDFVIP

3.6 传感器及其应用电路 3.6.1 传感器种类介绍 1. 传感器定义 传感器是能感受（或响应）规定的被测物理量，并按照一定规律转换成可用信号输出 的器件或装置。传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件 以及相应的电子电路所组成。 2. 传感器分类 1 （）按传感器的机理及转换形式分类有结构型、物性型、数字（频率）型、量子型、信息 型和智能型。 2 V VI （）按敏感材料分类有半导体型（如元素硅或Ⅲ— 族、Ⅱ— 族化合物）、功能陶 瓷型（如电子型半导体瓷、压电瓷）、功能高聚物型（如各种高分子有机半导体、压电体）等。 3 （）按测量对象参数分类有光传感器、湿度传感器、温度传感器、磁传感器、压力（压 强）感器、振动传咸器、超声波传感器等。 （4）按应用领域分类有机器人传感器、医用（生物）感器、环保传感器、各种过程和检 测传感器等。 3 6 2 ． ． 霍尔传感器与应用电路 1. 基本原理 霍尔传感器是利用半导体的磁电效应中的霍尔效应，将被测量转换成霍尔电势。 霍尔效应：将一载流体置于磁场中静止不动，若此载流体中的电流方向与磁场方向不 相同时，则在此载流体中平行于由电流方向和磁场方向所组成的平面上将产生电势，此电 势称为霍尔电势，此现象称为霍尔效应。 霍尔电势 U =BbI/nebd H 式中：B——外磁场的磁感应强度； I——通过基片的电流； n——基片材料中的载流子浓度； -9 e—— 电子电荷量，e=1.602 ×10 C ； b——基片宽度； d——基片厚度。 33 半导体材料的电阻率 ρ和迁移率 μ均高，砷化铟和锑化铟常被大量采用作为制作霍 尔元件的材料。霍尔元件通常被制作成长方形薄片。 2. 集成霍尔传感器 集成霍尔传感器利用硅集成电路工艺将霍尔元件与测量电路集成在一起，实现了材料、 元件、电路三位一体，有线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器。 基本应用电路，如图 3.6.1 所示，控制电流（激励电流）由电源 E 供给，其大小可由调 R R R 节电阻 来实现，霍尔片输出端接负载 ， 可以是一般电阻，也可以是放大器的输入电 f f 阻或指示器的内阻。 在磁场和控制电流的作用下，负载上就有输出电压。在实际使用中，输入信号可为电 图3.6.1 霍尔传感器基本应用 电路 I B I B 流 或磁感应强度 ，或者两者同时作为输入，则输出信号可正比于 或 ，或两者之积。 -12 -14 由于建立霍尔效应所需的时间很短（约10 ～10 S 之间），因此，控制电流用交流电 时，频率可以很高（几千兆赫）。 3. 典型应用——转速测量 H 霍尔传感器是基于 U = （kH/d）IBsinα 式工作的，如图3.6.2 所示的非电量通过弹性 元件产生位移便可利用霍尔传感器进行测量。 34 图3.6.2 非电量通过霍尔传感器测量原理