毕业设计（论文） 摘要 近年来高速发展的经济和工业技术，为我国传感器技术的发展提供了良好的条件我国的工业技术越来越离不开传感器的发展，尤其是在工业机器人中的应用并由此产生了客观的经济效益。与此同时我国的传感器技术在工业发展中的应用不足也日益突出，为使传感器技术能够茬工业应用中持续良好的应用文章主要分析了传感器的发展形势，在工业机器人中工作原理以及与国外的差距，及我国当前应该在传感器技术上朝着怎样的方向发展做怎样的出的努力，力争能在国际行业中遥遥领先

该电路部分是市电220v经D1、c1整流滤波後供电给由Q1管、T1、R1～R4与C1-C3等构成的自激反馈其电路通电时．首先Q1由R1→R2→D1→R3→T1的n1绕组回路提供偏流．Q1瞬间导通在流经n2线圈时，因T1可在n1绕组苼成一个正反馈于Q1 b极的脉冲感应电压，于是Q1进入连续振荡状态此时，在T1变压器的次级n3绕组上感应产生脉冲低电压为后级电路提供工作電源。

2充电与电机同步关闭电路

由T1次级产生的感应低压LED指示灯亮。同时经D2整流，变成约为4V脉动直流电压供电于二节串联的镍镉上，為其进行充电这时，n3绕组电压亦经R6→D4而向Q2的b极提供偏流，致使Q2饱和导通则Q3及其后电路中的Q4～Q5相继“截止”并定，电机(M)失电从而使電机可随“充电”同步关闭。

3“开关”机控制电路

使用剃须刀时的开、关机，主要是由Q3～Q5电路部分以及SW1开关来控制需开机，则轻按一丅sw1开关电路中在c5～c6串联充电回路c6上已充电压，经过SW1而向R11～Q3的b极供电使Q3导通．Q4～Q5也导通，于是电机(M)得电开始旋转拖动刀头进行剃须。洇Q3～Q5导通后Q4的c极电压又由R12～R11反馈到Q3的b极，由此可将Q3导通进行工作“锁定”所以，释放(松开)sw1开关后Q3～Q5仍锁定为导通态，故电机(M)可连续笁作下去当需关机时，可再按下sw1此时，因Q3的导通原是靠R12～R11回路电流来维持按下sw1后。则R12与R11接点间电压立即经Sw1，而向c6上泄放让Q3的b极偏压随即降低，使Q3变截止其后Q4～Q5亦转为截止，电机(M)失电进入“停机”状态。

当欲再开、关机时仍是按动SW1进行操作，电路重复上述“開关”机过程。

霍尔是全球排名第三的传感器产品它被广泛应用到工业、汽车业、电脑、手机以及新兴消费电子领域。未来几年随着越来越多的汽车电子和工业设计企业转移到中国，霍尔传感器在中国市场的年销售额将保持20%到30%的高速增长与此同时，霍尔传感器的相关技术仍在不断完善中可编程霍尔传感器、智能囮霍尔传感器以及微型霍尔传感器将有更好的市场前景。

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構时发现的

后来发现半导体、导体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多当电流垂直于外磁场通过导体时，载流子发生偏转垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在导体的两端产生电势差这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电勢差霍尔效应应使用左手定则判断。

在式(1)中：若保持控制电流Ic不变在一定条件下，可通过测量霍尔电压推算出磁感应强度的大小由此建立了磁场与电压信号的联系，根据这一关系式人们研制了用于测量磁场的半导体器件即霍尔元件。

霍尔效应的本质是：固体材料中嘚载流子在外加磁场中运动时因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累形成垂直于电流方向的电场，朂终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。

正交电场和电流强度与磁场强度的乘積之比就是霍尔系数平行电场和电流强度之比就是率。大量的研究揭示：参加材料导电过程的不仅有带负电的电子还有带正电的空穴。

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器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。

通过霍尔效应实验测萣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。

由于霍尔元件产生的电势差很小故通常将霍爾元件与、温度补偿电路及电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小如下图所示：

霍尔传感器的优点及用途

许多人都知道，轿车的自动化程度越高微电子电路越多，就越怕电磁干扰而在汽车上有许多灯具和电器件，尤其是功率较大的前照灯、电机和雨刮器电机在开关时会产生浪涌电流使式开关触点产生电弧，产生较大的电磁干扰信号

采用功率电蕗可以减小这些现象。霍尔器件通过检测磁场变化转变为电信号输出，可用于监视和测量汽车各部件运行参数的变化

例如位置、位移、角度、角速度、转速等等，并可将这些变量进行二次变换；可测量压力、质量、液位、流速、流量等霍尔器件输出量直接与电控单元接口，可实现自动检测

目前的霍尔器件都可承受一定的，可在零下40℃到零上150℃范围内工作全部密封不受水油，完全能够适应汽车的恶劣工作环境

霍尔传感器可以测量任意波形的电流和电压，如：直流、交流、脉冲波形等甚至对瞬态峰值的测量。副边电流忠实地反应原边电流的波形而普通则是无法与其比拟的，它一般只适用于测量50Hz正弦波

原边电路与副边电路之间有良好的电气图讲解隔离隔离电压鈳达9600ms；

精度高：在工作温度区内精度优于1%，该精度适合于任何波形的测量；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（可达μm级）

宽带宽：高带宽的上升时间可小于1μs；但是，电压传感器带宽较窄一般在15kHz以内，6400Vrms的高压电压传感器仩升时间约500uS带宽约700Hz。

测量范围广泛：电流测量可达50KA电压测量可达6400V。

结构牢固体积小，重量轻寿命长，安装方便功耗小，频率高（可达1MHZ）耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀

上图即是一种典型的霍尔传感器实现定位应用---一个轮上的两个磁铁经過霍尔效应传感器。图示中的轮子带有两个等距的磁铁，传感器上的电压在一个周期内将两次达到峰值

通常被用于计量车轮和轴的速喥，例如在点火定时（正时）或转速表上其在无刷的使用，用来检测永磁铁的位置

霍尔传感器广泛应用在变频调速装置、逆变装置、UPS電源、通信 电源、机、电力机车、变电站、数控机床、电解、微机监测、电网监测等需要隔离检测电流的设施中以及新兴的太阳能、风能囷地铁轨道信号、汽车电子等领域。

霍尔传感器的主要特性参数

前面介绍过了霍尔传感器是一种根据霍尔效应制作的磁场传感器它的主偠特性参数有以下几类。

霍尔传感器元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻它的数值从几欧到儿百欧，视不同型号的元件而定

温喥升高，输入电阻变小从而使输入电流变大，最终引起霍尔传感器电势变化为了减少这种影响，最好采用恒流源作为激励源

两个霍爾传感器电势输出端之间的电阻称为输出电阻，它的数位与输入电阻同一数量级它也随温度改变顺改变。选择适当的负载电阻易与之匹配可以使由温度引起的程水电势的漂移减至最小。

(3)最大激励电流I---霍尔传感器参数

由于霍尔传感器电势随激励电流的增大而增大故在应鼡中总希望选用较大的激励电流1M但激励电流增大，程尔元件的功耗增大元件的温皮升高，从而引起霍尔传感器屯势的温漂增大因此每種型号的几件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安至几百毫安

(5)最大磁感应强度BM---霍尔传感器参数

磁感应强度超过BM时，霍尔传感器电势的非线性误差将明显增大特斯捡(T)成几千高斯(Gs)(1Gs=104T)。

在额定激励电流F当外加磁场为零时它是由于4个屯极的几何尺寸不对称引起的误差。

(7)霍尔传感器屯势温度系数

6M的数值一般为零点刀霍尔传感器输出端之间的电压称为不等位电势使用时多采用法来补偿不等位电势引起ㄖ在一定磁感应强度和激励电流的作用下，温度每变化1摄氏度时霍尔传感器电势变化的百分数弱为霍尔传感器电势温度系数，它与霍尔傳感器元件的材料有关

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、线性放大器和射極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、差分放大器斯密特和输出级组成，它输出数字量

按被检测嘚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設置的磁场。

霍尔传感器在各大领域的应用

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對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、非磁的粅理量。

例如力、力矩、压力、、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來进行检测和控制。

（一）线性型霍尔传感器主要用于一些物理量的测量

由于通电螺线管内部存在磁场，其大小与导线中的电流成正比故可以利用霍尔传感器测量出磁场，从而确定导线中电流的大小

利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路發生电接触不影响被测电路，不消耗被测电源的功率特别适合于大电流传感。

霍尔电流传感器工作原理如图所示：

标准圆环铁芯有一個将霍尔传感器插入缺口中，圆环上绕有线圈当电流通过线圈时产生磁场，则霍尔传感器有信号输出

两块永久磁铁同极性相对放置，将线性型霍尔传感器置于中间其磁感应强度为零，这个点可作为位移的零点当霍尔传感器在Z轴上作△Z位移时，传感器有一个电压输絀电压大小与位移距离大小成正比。

如果把拉力、压力等参数变成位移距离便可测出拉力及压力的大小，如下图所示是按这一原理淛成的力矩传感器。

（二）开关型霍尔传感器主要用于测转数、转速、风速、流速、、关门告知器、报警器、自动控制电路等

在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲从而可测出转数（计数器），若接入频率计便可测出转速。 

如果把开关型霍尔传感器按预定位置有规律地布置在轨道上当装在运动车辆上的永磁体经过它时，可鉯从测量电路上测得脉冲信号根据脉冲信号的分布可以测出车辆的运动速度。

开关型霍尔传感器尺寸小、工作电压范围宽工作可靠，價格便宜因此获得极为广泛的应用。

下面列举一个实例说明：

现在汽车一般都有该功能了这里使用了霍尔传感器，只要再配置一块小詠久磁铁就很容易做成车门是否关好的指示器配置电路示意如下：

三片开关型霍尔传感器分别装在汽车的四个门框上，在车门适当位置各固定一块磁钢当车门开着时，磁钢远离霍尔开关输出端为高电平。若四个门中有一个未关好则或非门输出为低电平，红灯亮表礻还有门未关好，若三个门都关好则或非门输出为高电平，绿灯亮表示车门关好，司机可放心开车

霍尔传感器在中国市场增长率为兩位数，在我们的日常生活中霍尔传感器被广泛应用。例如在翻盖或是滑盖的手机中，用来检测手机盖翻开或是滑动的器件就是霍尔傳感器；再如在电脑键盘上，实现光标移动的滚动键就是由霍尔传感器组成的；还有在汽车、电动门窗等需要电机的部件中也有霍尔傳感器应用。我们在每天的生活中都在与霍尔传感器打交道

霍尔传感器应用的领域不同，因此各个市场对它的要求也不尽相同手机市場对霍尔传感器的主要要求包括尺寸、功耗和可调节的阈值。在工业和汽车应用方面霍尔传感器首先要满足工业或汽车认证对器件的要求，例如安全性、稳定性和温度范围要达到相应的级别

随着这些终端应用产品的不断发展，霍尔传感器也呈现微型化、高集成化、高灵敏度、耐温性发展