摘要:简述集成霍尔传感器的分类、特性及其在物理实验中的应用。并着重介绍其在工业、交通、家电等领域的广泛应用。
关健词:集成粗尔传感器;集成线性霍尔传感器;集成开关型霍尔传感器;霍尔电机
1、前言
近二十年来，集成霍尔传感器(IC Hal Sensors)因其体积小、功耗低、响应快、抗干扰能力强等诸多特点，在工业、通讯、交通及仪器制造等领域获得了广泛的应用。目前国内外越来越多的公司，正在不断研究集成霍尔传感器相关产品的技术，并且生产了品类繁多的新产品。其中著名的跨国公司Gold Insignia Electronic Co. lAd.研制的CMOS Hall Chips(CMOS霍尔集成片)，以其出色的工艺技术在开发新产品方面处于领先地位(至1998年底该公司已有100种集成霍尔传感器新产品问世)。而国内许多的中小企业也将目光瞄准霍尔元件相关产品，生产如霍尔电机、霍尔车用计程器、霍尔点火器、霍尔电流传感器等应用广泛的配件。
目前普遍使用的集成霍尔传感器产品，主要包括IC线性传感器、IC开关型传感器、IC锁存器及各种专用的传感器。笔者将分别对这几类产品特性及其应用进行介绍。
2 、原理
若导体处于与磁场垂直的位置，当有电流通过导体时，在横向会产生一个电压，此即霍尔效应。霍尔效应在半导体中最为显著，所以霍尔元件实际上就是一个半导体器件，此器件能把磁信号转化为电信号以实现信号检测。
2.1、集成线性霍尔传感器
集成线性霍尔传感器是由霍尔元件、线性放大器、剩余电压补偿器组成。若该传感器电压引脚接有一定电压(如5V)，在与磁场垂直时，将有一定的霍尔电势差输出。通过对集成线性霍尔传感器的电势差测量，可以知道磁感应强度的大小和方向。
若一小磁钢在传感器前垂直于传感器向后运动，随着位移的增大，测得的霍尔电压迅速降低;如果此小型磁钢平行于传感器侧向运动，随着位移的增大，可以测得当磁钢靠近传感器时，霍尔电压增大，离开传感器时逐渐减小，中间将产生一个峰值。只要将小磁钢粘贴在转盘、轮圈或转轴等各种运动物体上，并在适当的位置放置集成霍尔传感器，由此产生的霍尔电压信号就可以作各种物理量的测量和控制。
2.2 、集成开关型霍尔传感器
集成霍尔开关由稳压器、霍尔电势发生器、差分放大器、施密特触发器和OC门输出五个部分组成。在输人端输人电压Ucc，经稳压器后加在霍尔发生器的两端，由霍尔发生器输出一个霍尔电势差UkI输入到放大器放大后送至施密特触发器，经过整形使其成为方波，输送到OC门输出。当施加的磁场达到“工作点”( Bop)时，触发器输出高电压(相对地电位)，使三极管导通，OC门输出低电压，称这种状态为“开”;当施加磁场达到“释放点”(B衬时，触发器输出低电压，三极管载止，使OC门输出高电压，称其为“关”态。这样两次高低电压变换，使霍尔开关完成了一次开关动作。刀口尸与B,p差值不变，称其为磁滞。磁滞的存在，使得“霍尔开关”侧量能够避免误动作，并使周期、转速的测量具有很高
的准确度。
3 、集成粗尔传感器在物理实验中的应用— 时间或周期的侧t霍尔开关型集成电路在物理实验中常用于时间和周期的测量。
4 、集成霍尔传感器在工业、交通、生活等领域中的应用
4.1、集成线性霍尔传感器的应用
4.1.1 位移测量及力学量测量(Measurement of Translocation and Mechanical Variables)将两块永久磁铁相同极性相对放置，并将线性霍尔元件或集成电路置于中间，其磁感应强度为零，将其作为位移的零点。当霍尔元件改变与两块磁铁的相对位置时，霍尔电压U,产生。只要测量U,，即可得到位移的数值。将浮力、压力等参数变化转为为位移的变化，便可以方便地进行力学量的测量。当力学量与电压输出存在非线性时，可以采用电路或软件进行补偿。
4.1.2 角度检测(Measurement of Angles)将霍尔元件置于永久磁铁磁场中，记霍尔元件与磁场的夹角为0，其霍尔电压的输出与SINθ成正比，UH=KH*I*B*sinθ创式中凡是霍尔元件灵敏度，I表示霍尔元件上的电流强度，B表示磁感应强度)。这项检测在机床上应用相当广泛，将它安装在自动调节杠杆上，可通过测量电压输出变化，对角度进行换算，并可做出相应的调节。此外，线性霍尔传感器还可以制成电流传感器(Current Sensing)，在不改变电路的情况下测量电流;制成电功率计，利用霍尔电压电流乘积成正比的原理，方便监测电功率，在现
代工业设备中大量应用。
4.2 、集成开关型霍尔传感器的应用
4.2.1汽车汽缸点火(Ignite Timing)及汽车的计程
由霍尔元件控制的定时点火是通过下面的方式实现的:在电子点火器分电盘上装几个磁钢(数目与汽缸数对应)，并在分电盘上方装集成霍尔传感器，每当磁钢转到传感器时，集成霍尔传感器就输出一个脉冲，该信号经放大后送人点火线圈，由点火线圈电流的通断，以实现定时点火。
4.2.2 、自动按钮的设计(Isolated Power Switch/Pushbut ton)
在工业生产操作中，常可以看到自动按钮。只需轻轻按下按钮，就可以实现操作，同时按钮自动回复初始位置。这种自动按钮也是由霍尔开关型传感器制成的。在按钮下放置两块伺极相对的磁钢，一块固定，另一块与按钮相连，在两块磁钢中央放置一个霍尔开关型传感器，当按钮按下，改变传感器上的磁感应强度，传感器便发出一个脉冲，启动所对应的操作，同时两块磁钢由于同极相斥，会自动弹起回到“OFF”状态。
4.2.3 旋转探测量(Rotation Detection)
集成霍尔开关型传感器更多的应用在于通过测量旋转的圈数、转速和流量来进行计数及相关的操作。集成霍尔开关型传感器广泛用于各种机车计程，制成的流量表用于各种齿轮流量泵:特别是，集成开关型霍尔传感器被用于流量检测，通过对流量计内液轮转动圈数的测量，可计算液体的流量，并预测净水器过滤膜是否需要更换。其它应用还包括液位控制器，其在化工贮藏及机动交通车辆油箱的液位测量中有着不可替代的作用;以及齿传感器，在自动化生产线和自动化交通工具中就齿轮转动速度测量和控制有广泛应用。
5 结束语
集成霍尔传感器由于由自身的特性，已广泛地应用在计数、测量、自动控制等各个领域，已成为现代生产、生活中不可缺少的自动控制传感器。相信在不久的将来，集成霍尔传感器能开发出更多的产品，有更广阔的天地。