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2017届结课论文《传感器原理与应用》学生姓名张佳学号5011213301所属学院信息工程学院专业计算机科学与技术班级计算机17-3班指导教师孟洪兵塔里木大学教务处制目录一、传感器的基本知识................................................................................................3二、磁电式传感器的基本知识....................................................................................4三、霍尔传感器............................................................................................................41.霍尔传感器的基本知识.....................................................................................42.霍尔效应.............................................................................................................53.霍尔传感器的原理.............................................................................................54.霍尔传感器的工作原理.....................................................................................55.霍尔元件.............................................................................................................66.霍尔传感器分类.................................................................................................66.1开关型......................................................................................................66.2锁键型......................................................................................................76.3线性型......................................................................................................76.4开环式电流传感器..................................................................................76.5闭环式电流传感器..................................................................................87.霍尔传感器的优点............................................................................................88.霍尔传感器的用途............................................................................................88.1位移测量..................................................................................................98.2力测量......................................................................................................98.4角速度测量..............................................................................................98.5线速度测量..............................................................................................99.霍尔传感器的应用............................................................................................99.1霍尔传感器技术应用于汽车工业..........................................................99.2霍尔传感器应用于出租车计价器........................................................1010.霍尔传感器的注意事项................................................................................10四、总结......................................................................................................................11一、传感器的基本知识为了研究自然现象，人类必须了解外界的各类信息，人通过眼耳鼻舌皮肤五种器官来感知和接受外界信号，并将这些信号通过神经传导给大脑，从而感知外界事物和信息。随着人类实践的发展，只依靠感官来获取的外界信息量是远远不够的，人们必须利用已掌握的知识和技术来制造一些器件或装置，以补充或替代人们感官的功能，于是出现了传感器。人类社会进入到信息时代后，传感器在信息技术中的地位就更加重要。信息技术是指有关信息的采集、识别、提取、变幻、存储、分析和利用等技术。信息采集和信息处理是信息社会的两大基础。信息采集的主要手段是传感器。它涉及的技术领域十分宽广，包括微电子技术、传感器技术、通信技术、计算机技术、软件技术、材料技术等。但作为一个信息技术系统，其构成单元只包括三个，即传感器、通信系统和计算机，他们详相当于人们的感官、神经和大脑，被称为信息技术的三大支柱。有人把传感器比作“支撑现代文明的科学技术”，可以看出研究传感器的意义。传感器是信息采集系统的首要部件，是实现现代化测量和自动控制的主要组成，是现代信息技术的源头，又是信息社会得以存在和发展的物质和技术基础。传感器的出现及应用促进了科学技术的发展、社会的进步，丰富了人类的生活。有专家预言，“人类征服了传感器技术就几乎等于征服了现代科学技术”。由此可见，传感器技术在现代科技的地位和作用是何等重要。二、磁电式传感器的基本知识磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种无源传感器。根据电磁感应定律,当w匝线圈在恒定磁场内运动时,设穿过线圈的磁通为Φ,则线圈内的感应电势E与磁通变化率dΦ/dt有如下关系:E=-w(dΦ/dt)磁电式传感器直接输出感应电势,且传感器通常具有较高的灵敏度,所以一般不需要高增益放大器。但磁电式传感器是速度传感器,若要获取被测位移或加速度信号,则需要配用积分或微分电路。磁电感应式传感器有两个基本元件组成:一个是产生恒定直流磁场的磁路系统，为了减小传感器体积，一般采用永久磁铁;另一个是线圈，由它与磁场中的磁通交链产生感应电动势。感应电动势与磁通变化率或者线圈与磁场相对运动速度成正比，因此必须使它们之间有一个相对运动。作为运动部件，可以是线圈，也可以是永久磁铁。所以，必须合理地选择它们的结构形式、材料和结构尺寸.以满足传感器的基本性能要求。三、霍尔传感器1.霍尔传感器的基本知识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。2.霍尔效应霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场。对于半导体试样，若在X方向通以电流Is，在Z方向加磁场B，则在Y方向即试样A，A′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场。电场的指向取决定于试样的电类型。显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移。3.霍尔传感器的原理由霍尔效应的原理知，霍尔电势的大小取决于：Rh为霍尔常数，它与半导体材质有关；I为霍尔元件的偏置电流；B为磁场强度；d为半导体材料的厚度。对于一个给定的霍尔器件，当偏置电流I固定时，UH将完全取决于被测的磁场强度B。一个霍尔元件一般有四个引出端子，其中两根是霍尔元件的偏置电流I的输入端，另两根是霍尔电压的输出端。如果两输出端构成外回路，就会产生霍尔电流。一般地说，偏置电流的设定通常由外部的基准电压源给出；若精度要求高，则基准电压源均用恒流源取代。为了达到高的灵敏度，有的霍尔元件的传感面上装有高导磁系数的坡莫合金；这类传感器的霍尔电势较大，但在0.05T左右出现饱和，仅适用在低量限、小量程下使用。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UH的霍尔电压。4.霍尔传感器的工作原理磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下，I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。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感应强度。下图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。5.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