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霍尔传感器

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，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。

霍尔效应

在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直

方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流

和磁场的方向上，将产生电势差为H的霍尔电压U

霍尔元件

根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍

尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命

长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。

霍尔传感器的分类

霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。

(1)线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。

(2)开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组

成，它输出数字量。

按照霍尔器件的功能可将它们分为:霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，

后者输出数字量。

按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出

受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作

被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位

置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转

变成电量来进行检测和控制。

用单片机测量电磁场

1.硬件设计

硬件电路应包括：单片机接口电路、设定值输入（工作点磁感应强度设定值）、检测信

号输入、控制输出和显示等部分。单片机接口电路包括数据的采集、模/数（A/D）转换和数

/模(D/A)转换、电压信号放大、与上位机进行通信的串行接口电路等部分。

通过键盘输入电路或串行口输入磁感应强度设定值。

霍尔传感器检测磁感应强度形成检测输入信号。霍尔传感器将测量点的磁感应强度的大

小转化成相应大小的霍尔电压值，再将该霍尔电压值送入A/D转换器，A/D转换器输出相

应大小的转换值，和D/A转换器的输出位数之间的关系要进行标定。标定是否准确直接影

响磁场产生装置的精度。在标定过程中，需用高精度特斯拉计对工作点的磁感应强度进行测

量，再进行标定。

输入信号经Ad转换后到单片机。

单片机经D/A转换发出控制信号去控制励磁电源。

输出显示显示电路(数码管或LCD)。

2.软件设计

通过控制系统的控制程序来控制工作点的磁感应强度达到要求。控制程序主要由中断程序和

主程序组成。

控制系统接通电源后，等待输入值B0（即要产生的磁感应强度设定值），输入设定值可以

通过键盘输入也可以通过上位机输入；程序根据该输入设定值的大小调整D/A转换器的输

出值V0，给电源提供供电信号。同时A/D转换器将传感器的输入信号转换成数字量B，并

与设定值B0进行比较，形成偏差值，根据偏差值来调节输出值V0，以达到减小偏差的目

的。

中断程序主要功能：磁场产生装置工作的过程中可以随时停机或变更输入值的大小。

上位机与单片机是通过串口进行通信的，串口通信采用标准的RS232通信协议。上位

机通过RS232通信协议向单片机（下位机）传送命令，单片机将现场的输入传送给上位机，

供上位机监控。在工作现场，有诸多干扰因素会影响气隙磁场的信号采样，因此必须对采样

信号进行数字滤波处理，去除干扰信号，否则将会影响气隙磁场的控制精度。滤波采用中位

值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法），即在一组采样数据中，去掉最大采样值和最

小采样值，将剩余的数据求平均值作为采样的数据。去掉最大采样值和最小采样值是为了消

除脉冲干扰。为了避免对磁场产生装置线圈的电流冲击，程序开始执行时，需要控制线圈电

流的增加速度，使得线圈电流的变化是缓变的。

霍尔传感器和线圈传感器的区别

霍尔传感器和电磁流量计分别建立在两个物理规律基础上，一