霍爾速度傳感器原理：霍爾原理速度傳感器的優(yōu)點有哪些？
基于霍爾原理的速度傳感器，利用霍爾效應導致位移帶動霍爾元件在磁場運動中產(chǎn)生霍爾電勢，它是一種小型的封閉式轉(zhuǎn)速傳感器，可被連續(xù)多次測量。霍爾原理速度傳感器的優(yōu)勢非常明顯，它的使用壽命長，穩(wěn)定性高，那么除此之外，還有哪些優(yōu)點呢？下面，傳感愛好者就為您詳細介紹一下吧！
霍爾原理速度傳感器優(yōu)勢
霍爾原理速度傳感器有著比較多的優(yōu)勢，在工業(yè)生產(chǎn)控制中有著非常多的應用，下面來看看它的一些優(yōu)勢。
霍爾傳感器具有許多優(yōu)勢：構(gòu)造堅固、體型小、重量較輕、壽命長、安裝方便、功能損耗小、頻率高、耐振動、不怕灰塵/油污/水汽/及鹽霧等的污染或浸蝕。霍爾傳感器能夠?qū)⒋艌鲛D(zhuǎn)換為電壓信號，因此能夠在很多場合下應用。在其中就有一個應用非常廣泛的霍爾速度傳感器。
霍爾原理速度傳感器原理
霍爾傳感器可能大家都比較了解，而對基于霍爾原理的速度傳感器可能會比較陌生，下面來了解一下霍爾原理速度傳感器的具體原理。
霍爾速度傳感器是一類基于霍爾效應的磁電傳感器，具有對磁場靈敏度高、輸出信號比較穩(wěn)定、頻率響應高、抗電磁干擾能力強、構(gòu)造簡單、使用方便等特點。它主要是由特定磁極對數(shù)的永久磁鐵（一般為4或8對）、霍爾元件、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及輸入/輸出插件等組成。霍爾速度傳感器主要電氣性能參數(shù)包括:輸出信號高電壓、低電壓、占空比、周期、上升時間、下降時間、周期脈沖數(shù)等,為了保證產(chǎn)品的特性可靠性,必須在出廠前對這些參數(shù)進行定量測試。
其工作原理是當傳感器的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)在外驅(qū)動作用下旋轉(zhuǎn)時，會拉動永久磁鐵旋轉(zhuǎn)，穿過霍爾元件的磁場將產(chǎn)生周期性變化，引起霍爾元件輸出電壓變化，通過后續(xù)電路處理形成比較穩(wěn)定的脈沖電壓信號，當做車速傳感器的輸出信號。
以上就是關于霍爾原理速度傳感器優(yōu)勢的介紹了，目前，霍爾原理速度傳感器在工業(yè)中的應用已經(jīng)非常廣泛，在使用霍爾原理速度傳感器的時候，我們需要掌握與其相關的原理，這樣才能充分發(fā)揮出霍爾原理速度傳感器的最大優(yōu)勢，起到物盡我用的效果。
霍爾速度傳感器原理：霍爾效應式轉(zhuǎn)速傳感器
收藏
查看我的收藏
0
有用+1
已投票
0
霍爾效應式轉(zhuǎn)速傳感器
語音
編輯
鎖定
討論
上傳視頻
上傳視頻
霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器屬于霍爾式傳感器，是利用霍爾效應的原理制成的，利用霍爾效應使位移帶動霍爾元件在磁場中運動產(chǎn)生霍爾電勢，即把位移信號轉(zhuǎn)換成電勢變化信號的傳感器。
中文名
霍爾效應式轉(zhuǎn)速傳感器
測量范圍
1～ r/min（1P/R）
輸出波形
矩形脈沖波
電 源
DC 12±0.5V
目錄
1
物理定義
?
原理
?
轉(zhuǎn)速傳感器
2
主要技術指標
霍爾效應式轉(zhuǎn)速傳感器物理定義
編輯
語音
霍爾效應是磁電效應的一種，這一現(xiàn)象是美國物理學家霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的
導電機構(gòu)時發(fā)現(xiàn)的。當電流垂直于外磁場通過導體時，在導體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現(xiàn)電勢差，這一現(xiàn)象便是霍爾效應。
霍爾效應式轉(zhuǎn)速傳感器原理
霍爾效應的本質(zhì)是：固體材料中的載流子在外加磁場中運動時，因為受到洛侖茲力的作用而使軌跡發(fā)生偏移，并在材料兩側(cè)產(chǎn)生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場斥力相平衡，從而在兩側(cè)建立起一個穩(wěn)定的電勢差即霍爾電壓。正交電場和電流強度與磁場強度的乘積之比就是霍爾系數(shù)。平行電場和電流強度之比就是電阻率。大量的研究揭示：參加材料導電過程的不僅有帶負電的電子，還有帶正電的空穴。
霍爾效應式轉(zhuǎn)速傳感器轉(zhuǎn)速傳感器
霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器屬于霍爾式傳感器，是利用霍爾效應的原理制成的，利用霍爾效應使位移帶動霍爾元件在磁場中運動產(chǎn)生霍爾電熱，即把位移信號轉(zhuǎn)換成電熱變化信號的傳感器。霍爾效應式轉(zhuǎn)速傳感器是小型封閉式轉(zhuǎn)速傳感器。通過聯(lián)軸節(jié)與與被測軸連接當轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，將轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，供二次儀表使用。該傳感器具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單，無觸點，啟動力矩小等特點，使用壽命長，可靠性高，頻率特性好，并可進行連續(xù)測量。霍爾轉(zhuǎn)速傳感器是一種小型封閉式傳感器，具有性能穩(wěn)定、功耗小、抗干擾能力強、使用溫度范圍寬等優(yōu)點。其原理是當磁力線穿過傳感器上感應元件時產(chǎn)生霍爾電勢經(jīng)過霍爾芯片的放大整形后，成力電信號供二次儀表使用。使用時，只要在旋轉(zhuǎn)物體上粘一塊小磁鋼，傳感器固定在離磁鋼一定距離內(nèi)，對準磁鋼S極即可進行測量。霍爾元件測量誤差及補償霍爾元件在使用中，存在多種因素影響測量精度，主要原因有兩類：半導體制造工藝和半導體固有特性。其表現(xiàn)為零位誤差和溫度而引起的測量誤差。霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器有幾種不同的結(jié)構(gòu)。磁性轉(zhuǎn)盤的輸入軸與被 測轉(zhuǎn)軸相連，當被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，磁性轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動，固定在磁性轉(zhuǎn)盤附近的霍爾傳感器便可在每一個小磁鐵通過時產(chǎn)生一個相應的脈沖，檢測出現(xiàn)單位時間的脈沖數(shù)，便可知被測轉(zhuǎn)速。磁性轉(zhuǎn)盤上的小磁鐵數(shù)目的多少決定了傳感器測量轉(zhuǎn)速的分辨率。
霍爾效應式轉(zhuǎn)速傳感器主要技術指標
編輯
語音
霍爾效應式轉(zhuǎn)速傳感器輸出信號幅值：高電平5±0.5V，低電平<0.5V工作條件：環(huán)境溫度0～40℃ 相對濕度：≤85%外形尺寸：?52×109㎜重量：210 g霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測量范圍：1Hz~45KHz輸出方式：低電平有效，驅(qū)動能力不小于15mA輸出信號：波形：矩形波幅值：高電平接近供電電源，低電平≤0.5V供電電源：（4.5~24）VDC，（12~18）V最值每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)：與貼的磁片數(shù)量一致檢測距離：≤4mm正常工作條件溫度：-20℃~+80℃相對濕度：不大于85%大氣壓力：86KPa~106KPa周圍無爆炸性、腐蝕性氣體外形及開孔尺寸總長：L+21.9（不包括輸出導線）外螺紋：M12×1螺紋有效長度：L，L=50，75，100mm輸出導線：2m
詞條圖冊
更多圖冊
霍爾速度傳感器原理：霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理
霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應制作的一種磁場傳感器，霍爾傳感器來源于于一種效應叫做霍爾效應。霍爾效應是在1879年被一個叫霍爾的人發(fā)現(xiàn)的，之后霍爾又同時發(fā)現(xiàn)了半導體等也有這種效應。隨著社會的不斷發(fā)展，霍爾效應被廣泛地應用在了工業(yè)自動化技術之中。那么大家知道霍爾傳感器的工作原理嗎?接下來小編就給大家詳細介紹一下吧。
霍爾傳感器的工作原理
磁場中有一個霍爾半導體片，恒定電流I從A到B通過該片。在洛侖茲力的作用下，I的電子流在通過霍爾半導體時向一側(cè)偏移，使該片在CD方向上產(chǎn)生電位差，這就是所謂的霍爾電壓。
霍爾電壓隨磁場強度的變化而變化，磁場越強，電壓越高，磁場越弱，電壓越低，霍爾電壓值很小，通常只有幾個毫伏，但經(jīng)集成電路中的放大器放大，就能使該電壓放大到足以輸出較強的信號。若使霍爾集成電路起傳感作用，需要用機械的方法來改變磁感應強度。下圖所示的方法是用一個轉(zhuǎn)動的葉輪作為控制磁通量的開關，當葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時，磁場偏離集成片，霍爾電壓消失。這樣，霍爾集成電路的輸出電壓的變化，就能表示出葉輪驅(qū)動軸的某一位置，利用這一工作原理，可將霍爾集成電路片用作用點火正時傳感器。霍爾效應傳感器屬于被動型傳感器，它要有外加電源才能工作，這一特點使它能檢測轉(zhuǎn)速低的運轉(zhuǎn)情況。
?霍爾傳感器可以測量任意波形的電流和電壓，如：直流、交流、脈沖波形等，甚至對瞬態(tài)峰值的測量。副邊電流忠實地反應原邊電流的波形。而普通互感器則是無法與其比擬的，它一般只適用于測量50Hz正弦波。
特點：
1、原邊電路與副邊電路之間有良好的電氣隔離，隔離電壓可達9600Vrms;
2、精度高：在工作溫度區(qū)內(nèi)精度優(yōu)于1%，該精度適合于任何波形的測量;
3、線性度好：優(yōu)于0.1%;
4、寬帶寬：高帶寬的電流傳感器上升時間可小于1μs;但是，電壓傳感器帶寬較窄，一般在15kHz以內(nèi)，6400Vrms的高壓電壓傳感器上升時間約500uS，帶寬約700Hz。
5、測量范圍：霍爾傳感器為系列產(chǎn)品，電流測量可達50KA，電壓測量可達6400V。
霍爾速度傳感器原理：霍爾速度傳感器原理及算法介紹
隨著汽車電子的發(fā)展，現(xiàn)代汽車裝配有各種傳感器J如角度傳感器，位置傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器等。這些傳感器將各種輸入?yún)⒘哭D(zhuǎn)化為電信號用于調(diào)節(jié)和控制發(fā)動機管理系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和舒適性系統(tǒng)等。霍爾效應是比較理想的磁性感應技術，通過檢測磁場及其變化，轉(zhuǎn)化成電信號用于檢測速度，位置，角度等。霍爾傳感器具有許多優(yōu)點，如結(jié)構(gòu)簡單，魯棒性好，可靠性高，壽命長，功耗低，溫度范圍廣，抗干擾能力強，耐灰塵油污腐蝕等。
工作原理
信號偏移處理
在現(xiàn)代汽車領域，往往要求傳感器模塊工作在40℃至150℃范圍，有些甚至要求工作在175℃。一方面磁性材料會受到溫度影響，另外霍爾探頭本身也有溫度效應。因此必須對霍爾傳感器進行溫度補償。
除溫度影響外，霍爾元件還容易受到機械應力，焊接或者封裝影響，且由于半導體工藝的波動造成產(chǎn)品之間存在差異，如霍爾材料或者厚度不均勻等，造成信號的偏差和漂移。通過chopper主動誤差補償方法可以消除信號路徑產(chǎn)生的偏移、機械應力對霍爾探頭影響以及焊接注塑等工藝對封裝的影響所帶來的偏差和漂移。
霍爾探頭輸出信號主要由三部分組成：工藝造成的差異，機械應力誤差以及霍爾電壓。這三部分只有霍爾電壓才是有用的信號，其余部分是需要消除掉的偏差。
如圖1所示，在階段1電流自上而下流入霍爾探頭，從右到左采樣霍爾電壓。在階段2電流從左往右流入霍爾探頭，從上往下采樣霍爾電壓。同樣的，在階段3和階段4輸入電流和輸出電壓繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90°。由圖1可以看出，通過旋轉(zhuǎn)電流方法，只是改變了偏差的方向，而不會改變霍爾電壓的方向。通過代數(shù)方法很容易消除掉信號的偏差及漂移。
信號處理
霍爾速度傳感器主要由電源電壓調(diào)整電路，霍爾探頭，放大器，濾波器，比較器，數(shù)字信號處理電路，AD轉(zhuǎn)換器，DA轉(zhuǎn)換器等組成。霍爾探頭檢測到的磁場信號經(jīng)過放大器放大并經(jīng)過低通濾波器后由AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。AD轉(zhuǎn)換器，數(shù)字信號處理電路以及DA轉(zhuǎn)換器組成閉環(huán)回路，信號數(shù)字化后進入數(shù)字信號處理電路中，處理電路會檢測信號上升或者下降瞬態(tài)情況并相應觸發(fā)輸出信號，同時還會檢測信號最大最小值并計算其平均值，該平均值通過DA轉(zhuǎn)換后反饋到輸入信號中用于補償磁場信號偏移。比較器用于比較磁滯信號，信號會根據(jù)不同磁滯算法進行切換。
英飛凌霍爾速度傳感器介紹
英飛凌以TLE49XX命名霍爾系列傳感器，其中字母E代表汽車級，I代表工業(yè)級，V代表消費級。數(shù)字49代表霍爾感應原理，50代表iGMR感應原理，51代表AMR感應原理。最后兩位數(shù)字代表其應用。英飛凌霍爾速度傳感器可以應用在輪速，變速箱速度，凸輪軸和曲軸速度及位置檢測等。
在信號輸出方面，主要有兩線制電流式和三線制電壓式兩種。兩線制電流式輸出電流信號在7mA和14nA塞兩個電流上變換。圖2是典型的兩線制電流式傳感器應用電路。
三線制電壓式接口通常是“開路漏極接口（Open-Drain-Interface）”或“開路集電極接口（Open—Collector-Interface）”，對于這類接口傳感器，外圍電路需要有上拉電阻。圖3是典型的三線制電壓式應用電路。當輸出MOSFET截止時，輸出信號vsignal被上拉電阻拉升到輸入電壓VS。當輸出MOSFET導通時，MOSFET內(nèi)阻相對于上拉電阻小很多，因此輸出信號Vsignal被拉低到地。
單霍爾傳感器
在凸輪軸應用中，凸輪軸傳感器用于檢測凸輪軸轉(zhuǎn)速及位置，它和曲軸傳感器配合，用于燃油噴射控制，提高燃油效率。發(fā)動機啟動時要求傳感器能夠迅速檢測目標輪是齒還是槽。也就是說傳感器還處于靜止狀態(tài)時就必須能夠檢測出目標輪狀態(tài)，即上電檢測（TruePower On）功能，這一特性是差分式霍爾傳感器所不具備的。英飛凌TLE498x系列（含TLE4983C，TLE4984C以及在研發(fā)中的TLE4986C）是專門針對凸輪軸應用的單霍爾速度傳感器，具有TPO功能，動態(tài)自我標定算法，可下線編程，靈敏度及穩(wěn)定性高等特點。
差分霍爾傳感器
英飛凌提供差分霍爾傳感器用于速度檢測，如果需要方向檢測功能則需要有第三個霍爾探頭用于檢測目標輪轉(zhuǎn)動方向。圖4為帶有方向檢測功能的差分霍爾傳感器。假設從左到右霍爾探頭分別為B1，B3，B2。則Bspeed=B2-B1，Bdir=B3-（B2+B1）/2。取決于目標輪轉(zhuǎn)動方向，中間霍爾探頭信號會比速度信號超前或者延遲90。，通過比較方向和速度信號之間相位，傳感器能夠判斷出目標輪轉(zhuǎn)動方向，并輸出相應PWM信號。
背磁
磁性傳感器信號的產(chǎn)生離不開磁場，而傳感器感應面和目標輪之間磁場產(chǎn)生方式主要有兩種：一種是磁性輪如圖5左所示。還有一種是針對非磁勝輪應用，如圖5右所示。對于這種非磁性輪應用，設計時需要在傳感器背面集成磁鐵，即背磁方式（back bias）。對于背磁方式，除客戶自主設計磁鐵外，英飛凌還提供集成背磁版本（IntegratedBackBias）的磁速傳感器。需要特別指出的是，對于需要有TPO功能的凸輪軸傳感器以及基于iGMR感應原理的磁速傳感器，其背磁方式需要有磁路抑制技術，英飛凌能夠提供具有相關專利技術的背磁方案。
磁速傳感器通過測量磁通量的變化來檢測目標輪的運動以及參考位置，在英飛凌規(guī)格書中，差分式霍爾傳感器可工作在磁場N極或者s極，其背磁場強范圍在，500～500mT，傳感器工作在更大的磁場強度下不會造成傳感器的損壞，其背磁磁場強度會直接影響傳感器氣隙表現(xiàn)。兩個霍爾探頭靜態(tài)磁場差分強度Bstatic需要小于30mT，如圖6所示，兩個霍爾探頭距離為2.Smm（TLE4941PlusC為2.0mm以便更好適應更小齒距的輪速傳感器應用），需滿足Bstatic=|Bpl-Bp2|
磁滯概念
磁速傳感器在汽車上有不同應用，如輪速，變速箱速度，凸輪軸和曲軸速度及位置檢測等，其應用環(huán)境也不同。為了更好適應不同應用，獲得更好性能，英飛凌磁性傳感器提供靈活的磁滯算法，主要有四種磁滯算法：HF（HiddenFixed），VF（Visible Fixed），HA（HiddenAdaptive），VA（VisibleAdaptive）。
所謂Hidden磁滯概念，即信號在過零點處切換。輸入信號幅度很容易受到空氣間隙變化的影響，而由于Hidden磁滯切換點在過零點處，從而可以避免受到信號幅度影響，所以Hidden磁滯算法可以獲得最佳的相位精度。所謂Visible磁滯概念，即信號在額定磁滯帶上切換。對于齒距較長的目標輪，選用Visible磁滯算法，可以獲得比較穩(wěn)定的輸出信號。
圖7是典型的60-2齒的凸輪軸應用，在目標輪長槽處，由于差分式霍爾傳感器兩個霍爾探頭檢測到的磁場強度一樣，因此會有很長一段差分信號B為O，在信號處理過程中，如果選用Hidden磁滯算法，容易導致輸出信號相位抖動。而選用Visible磁滯算法，輸出信號比較穩(wěn)定。
所謂Adaptive磁滯概念，即其磁滯水平受輸入信號幅度影響。選用Adaptive磁滯算法，能夠起到振動抑制作用。所謂Fixed磁滯概念，即磁滯水平為一定值。
為了更好地理解英飛凌磁勝傳感器磁滯算法的概念，下面以TLE492X系列產(chǎn)品為例做進一步解釋。
如圖8所示為Hidden Fixed磁滯算法，以TLE4926C-HT E6547為例，其磁滯算法為Hidden Fixed。當輸入信號幅值超過額定磁滯帶時（圖例磁滯帶閾值A BHYS為2mT），信號在過零點處切換。
如圖9所示為Visible Fixed磁滯概念，以TLE4924—1 E6S47為例，其磁滯算法為Visible Fixed。從圖中可以看出其信號切換點在磁滯帶上而不是過零點處，又由于是Fixed磁滯，因此其磁滯帶為定值（圖例磁滯帶閾值BHYS為2.8mT）。
如圖10為Hidden Adaptive磁滯概念，以TLE4927C E6547為例，磁滯算法為Hidden Adaptive，其信號切換在過零點處，磁滯帶水平動態(tài)對應PGA等級。當輸入信號幅值超過該PGA等級對應磁滯帶時，信號會在過零點處切換。
如圖11為Visible Adaptive磁滯概念，以TLE4924C-2 E6547為例，磁滯算法為Visible Adaptive，其信號切換在磁滯帶上而不是過零點處，而其磁滯帶水平動態(tài)又對應PGA等級。當輸入信號幅值超過該PGA等級對應磁滯帶時，輸出信號會在該磁滯帶上切換。
意法半導體牽手長城汽車踐行汽車電子拓展新理念
意法半導體（ST）近日與中國長城汽車（GWM）股份有限公司宣布建立戰(zhàn)略合作伙伴關系，并在GW-M技術中心設立聯(lián)合實驗室。該聯(lián)合實驗室將專注動力總成、底盤、安全、車身、車載娛樂、新能源技術以及其它汽車應用前沿解決方案的研發(fā)。
這次合作是意法半導體全新汽車電子市場拓展的新理念在中國市場的代表性執(zhí)行體現(xiàn)，意法半導體執(zhí)行副總裁兼大中華與南亞地區(qū)總裁紀衡華表示，為了應對汽車電子市場的變化，ST逐漸開始與汽車制造商直接合作，以更好地用最新半導體技術服務汽車客戶，繼先后與奧迪和現(xiàn)代合作之后，作為中國汽車電子市場最大的供應商，ST這次選擇了長城汽車作為合作伙伴。意法半導體將為該項目投入最新的汽車電子技術與解決方案，包括GDI（汽油缸內(nèi)直噴）、BCM（車身控制模塊）、PowerPc系列32位微控制器等汽車級芯片、高度集成的EMS（引擎管理系統(tǒng)）芯片解決方案、安全系統(tǒng)芯片解決方案（主動和被動）、完整的信息娛樂平臺化方案（汽車音響、視頻，智能通訊和導航）等汽車電子相關應用，并提供相應參考設計、開發(fā)工具、技術支持與培訓等。
長城汽車股份有限公司高級副總裁兼技術中心主任黃勇表示：“國內(nèi)自主品牌汽車正面臨前所未有的競爭壓力，自主車企必須完成戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，并大力發(fā)展自主核心技術，以與合資品牌競爭。隨著消費者對汽車安全性和舒適度日愈關注，汽車電子市場也在高速增長。長城汽車與意法半導體建立聯(lián)合實驗室，在提升長城汽車汽車電子核心技術方面會起到至關重要的作用，為雙方進一步的深入合作奠定了堅實基礎。”
