摘 要

进入21世纪，世界迎来了一个信息爆炸的时代。如何获得可靠的信息成为当今社会的焦点，而传感器和敏感元器件作为获取信息的主要手段受到人们的广泛关注。

霍尔元件有着许多优点。比如，它的体积小，可以安装于某些产品细小空当中。同时，它也有着良好的磁感应灵敏度。因此，在工业中，以霍尔元件为基础设计的传感器会被用于测量位移、角度和加速度的非电学量。位移量的变化受磁感强度影响，由于霍尔效应的关系，霍尔电势的变化可以通过位移量来反映。所以，当霍尔电势变化时，位移也会发生变化。本文要设计的霍尔位移传感器就是基于这一原理，但霍尔元件受温度影响较大，所以，需要先研究霍尔元件的温度特性，选出最佳材料，然后以进行温度补偿的前提下，设计电路来验证位移与霍尔电压的关系。

关键词：位移测量，传感器，设计，霍尔器件

Abstract

Into the 21st century, the world ushered in an era of information explosion. How to obtain reliable information has become the focus of today's society, and sensors and sensitive components as the main means of access to information by people's attention.

Hall elements have many advantages. For example, its small size, can be installed in some small products empty. At the same time, it also has a good magnetic induction sensitivity. Thus, in the industry, sensors designed on a Hall element basis are used to measure the non-electrical quantities of displacement, angle and acceleration. The change of the displacement is affected by the magnetic induction. Due to the Hall effect, the change of the Hall potential can be reflected by the displacement. Therefore, when the Hall potential changes, the displacement will change. In this paper, the Hall displacement sensor is designed based on this principle, but the Hall element is affected by the temperature. Therefore, it is necessary to study the temperature characteristics of the Hall element, select the best material, and then under the premise of temperature compensation , Design the circuit to verify the relationship between displacement and Hall voltage.

Key words: Displacement measurement, sensor, design, Hall device

目录

摘要 II

Abstract III

第一章绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.1.1 课题研究背景 1

1.1.2 课题研究意义 1

1.2 国内外霍尔传感器的发展趋势 1

1.3 研究现状 2

1.4 本文的主要研究内容 2

第二章 霍尔元件的工作原理 4

2.1 霍尔元件 4

2.1.1霍尔元件的工作原理 4

2.1.2霍尔元件的结构 5

2.1.3霍尔位移传感器的基本组成 6

2.2 霍尔元件及其驱动 8

2.2.1霍尔元件的选择 8

2.2.2老化筛选 9

2.2.3霍尔元件的驱动方式 9

第三章 霍尔元件的参数及补偿 12

3.1霍尔元件的常用参数 12

3.2 霍尔元件的温度性能 12

3.2.1温度对内阻的影响 13

3.2.2 温度对霍尔输出的影响 13

3.2.3霍尔元件的温度补偿 14

3.2.4元件的温升与热阻 17

3.4不等位电势误差的补偿 18

3.5霍尔元件的电磁特性 19

3.5.1V_H-I的关系 19

3.5.2 V_H-B 的关系 20

3.5.3 R-B的关系 21

3.5.4 补偿 22

第四章 测量电路原理与设计 24

4.1模型的建立 24

4.1.2机械结构 24

4.1.3磁体结构 24

4.2有限元分析和验证 25

4.2.1有限元分析 25

4.2.2验证 26

4.3霍尔位移传感器设计电路图 27

第五章 总结与展望 30

致谢 31

参考文献 32

第一章绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.1.1 课题研究背景

进入21世纪，世界迎来了一个信息爆炸的时代。如何获得可靠的信息成为当今社会的焦点，而传感器^[1]和敏感元器件^[2]作为获取信息的重要方式受到人们极大的关注。传感器能够探测各种非电量的自然参数，人类根据探测收集所得的参数进行分析研究，对世界有了更进一步的认识和创造。以这为基础的传感器技术，已经成为三大现代信息技术之一^[3]。

如今的市场上涌现出许多类型的磁性传感器。而这些传感器大多数都是以霍尔效应^[4]为根底制作。自从霍尔效应于1879年被发现以后，以此为基础的霍尔传感器技术迎来了飞速般的发展。现如今，霍尔传感器在整个传感器产业中位于第三位，它已经被广泛用于工业、汽车业和其他新兴领域中^[5]。

1.1.2 课题研究意义

霍尔传感器的主要运用于汽车工业领域，占领域总市场的40％。在汽车中，霍尔传感器主要用于ABS系统。当然，汽车的引擎系统也离不开它。我们生活中所用到的传统应用，如电话等是霍尔传感器在消费电子领域的产品。还有其他各种新兴领域的崛起都需要传感器来保驾护航^[6]。

1.2 国内外霍尔传感器的发展趋势

电子产品与汽车往往在发达国家推出创新，从而形成市场，因此全球大型半导体及传感器企业都集中在这些国家中，而发达国家也有了更进一步发展的实力。在消费与生产创新的双重刺激下，霍尔传感器有着更进一步的发展。电子设计和电子技术的创新一般都源于这些发达国家，然后再在全球推广^[7]。霍尔传感器已经成为一种高需求的产品，而这也带动了相关技术的研究发展。霍尔传感器的供应商主要有Allegro、Micronas、Melexis、AKM 和 Austria Microsystems 等公司，AMR 传感器的主要供应商为 NXP、Sensitec 和 Honeywell等公司，而 GMR 传感器的主要供应商为 NVE 和 Hitachi 等公司^[8]。

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