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霍尔加速度传感器的结构和工作原理

2021-2-20 14:20:40  656 加速度传感器 传感器
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  带有防抱死制动系统(ABS)、驱动防滑砖控制(ASR)、四轮驱动或带有电子稳定性程序(ESP)的汽车,除了车轮传感器外都装有霍尔加速度传感器,以测量汽车行驶时的纵向和横向的加速度。霍尔元件是以霍尔效应为基础的磁传感器,已发展成为种类繁多的磁传感器系列产品,应用十分广泛。利用它们可以探测磁场及其变化,并可用于各种磁场相关的场合。霍尔装置的工作基础是霍尔效应。霍尔器件有很多优点,结构牢固,体积小,重量轻,使用寿命长,安装方便,耗电少,工作频率高,抗震动,不会受到灰尘,油污,水汽和盐雾的污染或腐蚀。
  
  霍尔器件和工作磁体间的运动方式
  霍尔线性器件的精度高、线性度好;霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽。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。
  
  
  在霍尔器件背面放置磁体
  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。
  结构
  霍尔元件的外形如下图所示,它是由霍尔片、4根引线和壳体组成。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片(一般为4mm×2mm×0.1mm),在它的长度方向两端面上焊有a、b两根引线,称为控制电流端引线,通常用红色导线。其焊接处称为控制电流极(或称激励电流),要求焊接处接触电阻很小,并呈纯电阻,即欧姆接触(无PN结特性)。在薄片的另两侧端面的中间以点的形式对称地焊有c、d两根霍尔输出引线,通常用绿色导线。其焊接处称为霍尔电极,要求欧姆接触,且电极宽度与基片长度之比小于0.1,否则影响输出。霍尔元件的壳体上用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。图(b)为霍尔元件结构示意图,图(c)是霍尔元件符号。
  
  
  结构原理和静态特性曲线
  在霍尔加速度传感器中使用“弹性”固定的弹簧——质量系统。霍尔加速度传感器有一个竖放的带状弹簧,一端夹紧,另一端固定着永久磁铁,以作为震动质量。在永久磁铁上面是带有信号处理集成电路的霍尔传感器,在下面有一块铜阻尼板。
  工作原理
  
  
  
  电路工作
  如果传感器感受到横向加速度,则传感器的弹簧质量系统离开它的静止位置而便宜。便宜程度与加速度大小有关。运动的磁铁在Hal元件中产生霍尔电压,经过信号处理电路处理后输出信号电压,它随加速度增加而线性增加。加速度范围约在±1g,传感器频率很低,只有几赫兹,并由点动力阻尼作用。

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