霍尔式传感器的交流激励静态位移测量-科创学院
用霍尔位置传感器法测量位移有什么优点
用霍尔位置传感器法测量位移有什么优点000霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，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。
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(可达μm级)。
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，可达-55℃~150℃。
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。
一霍尔器件的工作原理在磁场作用下，通有电流的金属片上产生一横向电位差:这个电压和磁场及控制电流成正比:vh=k╳|h╳ic|式中vh为霍尔电压，h为磁场，ic为控制电流，k为霍尔系数。
在半导体中霍尔效应比金属中显著，故一般霍尔器件是采用半导体材料制作的。
用霍尔器件，可以进行非接触式电流测量，众所周知，当电流通过一根长的直导线时，在导线周围产生磁场，磁场的大小与流过导线的电流成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测，由于磁场与霍尔器件的输出有良好的线性关系，因此可利用霍尔器件测得的讯号大小，直接反应出电流的大小，即:i∞b∞vh其中i为通过导线的电流，b为导线通电流后产生的磁场，vh为霍尔器件在磁场b中产生的霍尔电压、当选用适当比例系数时，可以表示为等式。
霍尔传感器就是根据这种工作原理制成的。
二的应用1霍尔接近传感器和接近开关在霍尔器件背后偏置一块永久磁体，并将它们和相应的处理电路装在一个壳体内，做成一个探头，将霍尔器件的输入引线和处理电路的输出引线用电缆连接起来，构成接近传感器。
交流激励时霍尔式传感器的位移
交流激励时霍尔式传感器的位移实验
一、实验目的：了解交流激励时霍尔片的特性。
二、基本原理：交流激励时霍尔元件与直流激励一样，基本工作原理相同，不同之处是测量电路。
三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源±4V、±15Ｖ、测微头、数显单元，相敏检波、移相、滤波模板、双线示波器。
四、实验步骤：
1、传感器安装如下图，实验模板上连线见图5-3。
霍尔实验模板移相、相敏、低通模板
霍尔传感器安装示意图
5-3 交流激励时霍尔传感器位移实验接线图
2、调节音频振荡器频率和幅度旋扭，从L V输出用示波器测量，使输出为1KH Z、峰－峰值为4V，引入电路中（激励电压从音频输出端L V输出频率1KH Z，幅值为4V峰－峰值，注意电压过大会烧坏霍尔元件）。
3、调节测微头使霍尔传感器处于磁钢中点，先用示波器观察使霍尔元件不等位电势为最小，然后从数显表上观察，调节电位器R W1、R W2使显示为零。
4、调节测微头使霍尔传感器产生一个较大位移，利用示波器观察相敏检波器输出，旋转移相单元电位器ＲＷ和相敏检波电位器ＲＷ，使示波器显示全波整流波形，且数显表显示相对值。
5、使数显表显示为零，然后旋动测微头记下每转动0.2mm时表头读数，填入表5-2。
6、根据表5-2作出V-X曲线，计算不同量程时的非线性误差。
五、思考题：
利用霍尔元件测量位移和振动时，使用上有何限制？。
(整理)实验四 霍尔式传感器的静态位移特性—直流激励.
南昌大学实验报告学生姓名： 学 号： 专业班级： 实验类型：□ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩：实验四 霍尔式传感器的静态位移特性—直流激励实验目的：了解霍尔式传感器的原理与特性。
所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、V /F 表、直流稳压电源，测微头、振动平台。
有关旋钮的初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置2V 档，直流稳压电源置2V 档，主、副电源关闭。
实验步骤：（1）了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号，霍尔片安装在实验仪的振动圃盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔式传感器。
（2）开启主、副电源将差动放大器调零后，增益置接近最小，使得霍尔片在磁场中位移时V /F 表读数明显变化，关闭主，副电源，根据图1接线，W 1、r 为电桥单元的直流电桥平衡网络。
（3）装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。
（4）开启主、副电源，调整W1使电压表指示为零。
图1 接线图（5）上下旋动测微头，记下电压表读数，建议每隔0.2mm读一个数，将读数填入下表：做出V—X曲线，指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。
可见，本实验测出的实际上是磁场情况，它的线性越好，位移测量的线性度也越好，它的变化越陡，位移测量的灵敏度也越大。
（6）实验完毕，关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。
注意事项：（1）由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。
（2）一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。
（3）激励电压不能过大，以免损坏霍尔片。
（±4V就有可能损坏霍尔片）。
实验十二霍尔式传感器的应用（一）直流激励特性测试一、实验目的...
实验十二霍尔式传感器的应用（一）直流激励特性测试一、实验目的了解霍尔式传感器的结构、工作原理，学会用霍尔传感器做静态位移测试。
二、实验原理霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。
当霍尔元件通以恒定电流时，霍尔元件就有电势输出。
霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。
三、实验所需部件1直流稳压电源2电桥3霍尔传感器4差动放大器5电压表6测微头四、实验电路五、实验步骤及内容1 按图接线，装上测微头，调节振动圆盘上、下位置，使霍尔元件位于梯度磁场中间位置。
开启电源，调节测微头和电桥上的WD，使差放输出电压为零。
上、下移动振动台，使差放正负电压输出对称2 上、下移动测微头各3.5mm，每变化0.5mm读取相应的电压值。
并记入下表，作出V-X曲线，求出灵敏度及线性。
六、注意事项直流激励电压须严格限定在2V，绝对不能任意加大，以免损坏霍尔元件。
（二）霍尔传感器的应用——振幅测量和电子秤一、实验目的1 通过本实验了解霍尔传感器在振动测量中的作用。
2 说明线性霍尔传感器的实际应用。
二、实验所需部件1霍尔传感器2电桥3差动放大器4低通滤波器5直流稳压电源6示波器7电压表8砝码9振动圆盘三、实验步骤及内容（一）振幅测量1按上面的实验二十所示的电路连线，调节系统，使其输出为零。
2将低频振荡器接“激振I”，保持适当的振幅，用示波器观察差动放大器输出波形。
3进一步提高低频振荡器的振幅，用示波器观察差放输出波形，当波形出现顶部削顶时，说明霍尔元件已进入均匀磁场，霍尔电压已不再随振动的增加而线性增加。
（二）电子秤1 在上面电路不变的基础上，调节系统使输出电压为零，系统灵敏度尽量大。
2 以振动圆盘作为称重平台，逐步放上砝码，依次记下表头读数，填入下表，并做出V-W曲线。
线中求得其重量。
四、注意事项1 霍尔传感器在做称重时只能工作在梯度磁场中，所以砝码和被称重物都不应太重。
实验四霍耳式传感器静态位移测量
实验四 霍耳式传感器静态位移测量一、实验目的了解霍耳式传感器的工作原理和工作情况。
二、实验原理1、霍尔效应金属或半导体薄片，若在它的两端通过控制电流I ，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B 的磁场，那么在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势H U ，这种现象称为霍尔效应。
产生的电动势称为霍尔电动势或霍尔电势H U ，该金属或半导体薄片称为霍尔元件。
霍尔电势大小表示为：H H R IBU d=H R ——霍尔常数（1H R ne=） d ——霍尔元件的厚度令H H RK d=，则：H H U R IB =可见霍尔电动势的大小正比于控制电流I 和磁感应强度B 的乘积。
霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛仑磁力作用的结果。
当控制电流的方向或磁场的方向改变时，输出电动势的方向也将改变；但当 磁场与电流的方向同时改变时，霍尔电动势并不改变原来的方向。
磁场的梯度越大测量的灵敏度越高，沿霍尔元件移动方向的磁场梯度越均 匀，霍尔电势与位移的关系越接近线性。
2、直流、交流激励下霍尔传感器的位移特性霍尔传感器是由两个半圆形永久磁钢组成梯度磁场，位于梯度磁场中的霍尔 元件—霍尔片通过底座与被测振动台相连。
当霍尔片通以恒定电流时，霍尔元件 就有电压输出。
改变振动台的位置，霍尔片就在梯度磁场中上、下移动，输出的 霍尔电势 V 值取决于其在磁场中的位移量 Y 。
交流激励霍尔元件与直流激励基 本原理相同，不同之处是测量电路。
3、霍尔位移传感器的振幅测量利用霍尔式位移传感器测量动态参数与测量位移的原理相同4、霍尔位移传感器称重实验利用霍尔式位移传感器和振动台加载时悬臂梁产生位移，通过测位移来称 重。
5、霍尔测速传感器的转速测量利用霍尔效应表达式：UH=KHIB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化 N 次。
每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。
三、所需单元和部件霍耳式传感器、直流稳压电源、差动放大器、电桥、测微器、V/F 表有关旋钮的初始位置：直流稳压电源输出置于 0V 档，V/F 表置于V表20V档, 差动放大器增益旋钮置于中间。
实验十四 交流激励时霍尔式传感器位移特性实验
汕头大学实验报告
学院: 工学院系: 电子系专业: 通信工程年级: 2008 成绩:
姓名: 黄兰凤学号: 08142013 合作者：植碧彬实验时间: 2010//12/3 指导教师签字: _______________________________________________________________________________ 实验十四交流激励时霍尔式传感器位移特性实验
一，实验目的
了解交流激励时霍尔式传感器的特性。
二，实验器件
主机箱，霍尔传感器实验模板，霍尔传感器，测微头，移相器，相敏检波器，低通滤波器，双踪示波器。
三，基本原理
根据霍尔效应，霍尔电势，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它的电动势发
生变化，利用这一特性进行位移测量。
四，实验内容
交流激励时输出电压和位移数据：
交流激励时霍尔式传感器位移特性实验，初始位移：8mm
计算1mm，2mm，3mm,4mm不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。
五，思考题
1，查阅资料，列举一些霍尔传感器的应用实例。
解：位移测量 ,简易磁场强度计 ,用做开关。
2，查阅资料，结合以上实验，说明直流激励和交流激励时霍尔传感器进行位移测量的特点，并比较直流激励和交流激励时霍尔传感器的灵敏度和非线性误差。
解：直流激励和交流激励时霍尔式传感器进行测量时，磁场梯度越大，灵敏度越高。
磁场梯度越均匀，输出的线性度越好。
实验7 霍尔式传感器的特性-直流激励
电子信息工程系实验报告课程名称：传感与检测实验项目名称：实验7 霍尔式传感器的特性-直流激励 实验时间：2012-6-11班级：电信092 姓名：XXX 学号：910706201实 验 目 的:了解霍尔式传感器的原理与特性。
实 验 环 境:霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F/V 表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源。
实 验 原 理:霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。
当霍尔元件通过恒定电流时，霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V 取决于其在磁场中的位移量X ，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。
有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置20V 档，直流稳压电源置2V 档，主、副电源关闭。
实 验 步 骤 及 结 果：(1)了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。
霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器。
(2)开启主、副电源将差动放大器调零后，增益最小，关闭主电源，根据图接线，W1、r 为电桥单元的直流电桥平衡网络。
(3)装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。
(4)开启主、副电源，调整W1使电压表指示为零。
(5)上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.2mm 读一个数，将读数填入下表： X(mm) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 V(mV) -1.592 -1.428 -1.266 -1.093 -0.939 -0.776 -0.617 -0.467 -0.306 -0.163 -0.001 X(mm) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 V(mV)0.1530.3010.4710.6240.7910.9531.1211.3031.4751.665使用Matlab 软件，根据表格中V 与X 间的关系，作出V —X 曲线指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。
霍尔式传感器位移实验
CSY－3000系列传感器与检测技术实验台说明书一、实验台的组成CSY－3000系列传感器与检测技术实验台由主机箱、温度源、转动源、振动源、传感器、相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌等组成。
1、主机箱：提供高稳定的±15V、±5V、＋5V、±2V－±10V（步进可调）、＋2V－＋24V（连续可调）直流稳压电源；直流恒流源0．6mA－20mA可调；音频信号源（音频振荡器）1KHz～10KHz（连续可调）；低频信号源（低频振荡器）1Hz～30Hz（连续可调）；气压源0－20KPa （可调）；温度（转速）智能调节仪（开关置内为温度调节、置外为转速调节）；计算机通信口；主机箱面板上装有电压、电流、频率转速、气压、光照度数显表；漏电保护开关等。
其中，直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过载切断保护功能，在排除接线错误后重新开机一下才能恢复正常工作。
2、振动源：振动台振动频率1Hz－30Hz可调（谐振频率9Hz左右）。
转动源：手动控制0－2400转／分；自动控制300－2400转／分。
温度源：常温－150℃。
3、传感器：有电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式位移传感器、霍尔式位移传感器、霍尔式转速传感器、磁电转速传感器、压电式传感器、电涡流传感器、光纤传感器、光电转速传感器（光电断续器）、集成温度传感器、K型热电偶、E型热电偶、Pt100铂电阻、Cu50铜电阻、湿敏传感器、气敏传感器、光照度探头、纯白高亮发光二极管、红外发光二极管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池、反射式光电开关共二十六个（其中二个光源）。
4、实验模板：有应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡流、光纤位移、温度、移相／相敏检波／低通滤波模板、光电器件(一)、光开关共十二块模板。
二、使用方法1、开机前将电压表显示选择旋钮打到2V档；电流表显示选择旋钮打到200mA档；步进可调直流稳压电源旋钮打到±2V档；其余旋钮都打到中间位置。
线性霍尔传感器交流激励时的位移性能实验
线性霍尔传感器交流激励时的位移性能实验一、实验目的：了解交流激励时霍尔式传感器的特性。
二、基本原理：交流激励时霍尔式传感器与直流激励一样，基本工作原理相同，不同之处是测量电路。
三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流稳压电源、音频振荡器、电压表；测微头、霍尔传感器、霍尔传感器实验模板、移相器／相敏检波器／低通滤波器模板、双踪示波器。
四、实验步骤：1、相敏检波器电路调试：将主机箱的音频振荡器的幅度调到最小（幅度旋钮逆时针轻轻转到底），将±2V～±10V可调电源调节到±2V档，再按图18—1示意接线，检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节音频振荡器频率f=1.5kHz，峰峰值Vp-p=1.2V（用示波器测量。
提示：正确选择双踪示波器的“触发”方式及其它设置，触发源选择内触发CH1、水平扫描速度TIME/DIV 在0.1mS～10µS范围内选择、触发方式选择AUTO ；垂直显示方式为双踪显示DUAL、垂直输入耦合方式选择直流耦合DC、灵敏度VOLTS/DIV在1V～5V范围内选择。
当CH1、CH2输入对地短接时移动光迹线居中后再去测量波形。
）。
调节相敏检波器的电位器钮使示波器显示幅值相等、相位相反的两个波形。
到此，相敏检波器电路已调试完毕，以后不要触碰这个电位器钮。
关闭电源。
图18—1相敏检波器电路调试接线示意图图18—2 交流激励时霍尔传感器位移实验接线图2、调节测微头的微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒的0刻度线对准轴套的10mm 刻度线。
按图18—2示意图安装、接线，将主机箱上的电压表量程切换开关打到2V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关。
3、松开测微头安装孔上的紧固螺钉。
顺着传感器的位移方向移动测微头的安装套（左、右方向都可以），使传感器的PCB板（霍尔元件）明显偏离两园形磁钢的中点位置(目测)时，再调节移相器的移相电位器使相敏检波器输出为全波整流波形（示波器CH2的灵敏度VOLTS/DIV在50mV～1V范围内选择监测）。
传感与检测技术-霍尔传感器在位移检测中的应用
从而形成霍尔电场EH
由于EH的存在，电子 除受到洛仑兹力FL的作 用，还要受到霍尔效应 产生的电场力FH的作用。
B
－－－－－－－
EH －
I
v
FL
I
FH
+ + + + + + + ++
＋
－－－－－ I
－
电场力FH与洛
伦兹力FL相平衡。
UH
在半导体两个 侧面形成霍尔电
•
（1）根据下图所示，霍尔元件已经安装在转动源实验模块的的传感器支架上， 且霍尔传感器正对着转盘上的磁钢。 （2）将+5V电源接到转动源实验模块上“霍尔”输出的电源端，“霍尔”输出 接到频率/转速表，将频率/转速表选择测量转速。 （3）打开实验台电源，选择不同电源+4V、+6V、+8V、+10V、12V（±6V）、 16V（±8V）、20V（±10V）、24V驱动转动源实验模块上的直流电机，可以观 察到转动源转速的变化，待转速稳定后在表中记录相应驱动电压下得到的转速值 。也可用示波器观测霍尔元件输出的脉冲波形。
结论：霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B成正比，且当B的方向改变时， 霍尔电势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电势 为同频率的交变电势。
2016-6-13
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二、霍尔集成电路
霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。
线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差动放大器 等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方 便得多。较典型的线性型霍尔器件如UGN3501等。
3.训练步骤
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第二章 传感器实验
第四步、旋动测微头，使测微头与振动盘
吸合并继续调节测微头使电压表显示为0。（电压表 置20V档）
第五步、旋动测微头，每隔0.5mm记下
表头读数填入下表 ：找出线性范围，计算灵敏度。
X(mm)
V(v) X(mm)
V(v)
第二章 传感器实验
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告 二十三》，详细记录实验过程中 的原始记录（数据、图表、波形 等）并结合原始记录进一步理解 实验原理。
第二章 传感器实验
四、实验原理： 交流激励时霍尔式传感 器与直流激励一样，基本工 作原理相同，不同之处是测 量电路。
第二章 传感器实验
五、实验注意事项：
1、音频振荡器1KHz，放大器增 益最小，电压表置2V档，主、副电源 关闭。 2、交流激励信号必须从电压输出 端0º 或LV输出，幅度应限制在峰－峰值 5V以下，以免霍尔片产生自热现象。
第二章 传感器实验
八、实验思考题：
霍尔元件的测量误差的补偿方法有哪几种？
答：霍测量误差的主要因素有两类；一类是半导体固有特性；另一类为半 导体制造工艺的缺陷。其表现为零位误差和温度引起的误差。 零位误差是霍尔元件在加工控制电流或不加外磁场时，而出现的霍尔电 势称为零位误差。 为了减小或消除不等位电势，可以采用电桥平衡原理补偿温度误差及补 偿：由于半导体材料的电阻率、迁移率、载流子浓度等都随温度的变化 而变化，因此，会导致霍尔元件的内阻、霍尔电势等也随温度的变化而 变化，这种变化程度随不同半导体材料有所不同。而且温度高到一定的 程度，产生的变化相当大。温度误差是霍尔元件测量中不可忽视的误差。 针对温度变化导致内阻（输入、输出电阻）的变化，可以采用对输入或 输出电路的电阻进行补偿。
第二章 传感器实验
A C B W 不等位电势补偿电路 R I E D E I RL
输入回路补偿
输入回路补偿
第二章 传感器实验
到此结束！谢谢大家！
传感器实验室
第二章 传感器实验
六、实验步骤： 第一步、开启主、副电源将差放调零，关
闭主、副电源。
第二步、调节测微头脱离振动平台并远离
振动台。音频振荡器从LV端口输出，频率为1KHZ， 幅度严格限定在Vp-p值在5V以下，以免损坏霍尔元
件。
第二章 传感器实验
第三步、按下图所示接线。调整电桥平衡电位器
W1和W2，使电压表和示波器显示最小；稳定数分钟后，提高 示波器灵敏度，再仔细调整电桥平衡电位器W1和W2、差放调 零旋钮及移相器旋钮，使电压表显示进一步最小，示波器的波 形大致为一条水平线（用示波器观察）。
第二章 传感器实验
第二章 传感器实验仪实验
传感器实验二十三 ：
霍尔式传感器的交流激励静态位移特性
第二章 传感器实验
一、实验目的：
了解交流激励下霍尔片的特性。
二、实验内容：
利用霍尔式传感器的特性在交流激 励下测量静态位移。
第二章 传感器实验
三、实验仪器：
霍尔片、磁路系统、音频振荡、 差动放大器、测微头、电桥、移相器、 相敏检波、低通滤波器、主、副电源、 电压表、示波器、振动平台。