霍爾效應的應用

人們在利用霍爾效應原理開發(fā)的各種霍爾元件已廣泛應用于精密測磁、自動化控制、通信、計算機、航天航空等工業(yè)部門及國防領(lǐng)域。按被檢測的對象的性質(zhì)可將它們的應用分為直接應用和間接應用。直接應用是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，間接應用是檢測受檢對象上人為設(shè)置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信息的載體，通過它將許多非電、非磁的物理量，如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉(zhuǎn)變成電量來進行檢測和控制。

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1.醫(yī)學方面的運用

(1)利用霍爾效應，科學家研制了一種精密的電磁流量計一測量血液流速的儀器。如圖4，利用電磁流量計，可以較為準確地測得流過血管的血流量。但是電磁流量計測量是一種損傷性的方法，使用時要將被測血管暴露在體外，它常常用于動物的實驗和心臟、動脈手術(shù)中測定血流速度和血流量。

(2)電磁泵是一種利用作用在導電液體上的磁場力來運送導電液體的裝置。如圖，這種泵在醫(yī)學上常被用來輸送血液或其他電解質(zhì)溶液，由于這種裝置沒有任何機械運動部件，不會使血液中細胞受到損害，而且可以全部密封，避免了污染。在人工心肺機和人工腎裝置中常用它來輸送血液。

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電磁泵

2.日常生活中的應用
  錄音機的換向機構(gòu)就是使用霍爾傳感器檢測磁帶終點并完成自動換向功能的;錄像機中的磁鼓電機常采用銻化鋼霍爾元件:洗衣機中的電動機主要依靠霍爾傳感器檢測與控制電動機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向功能?；魻栭_關(guān)類傳感器還用于電飯煲、氣爐的溫度控制和電冰箱的除霜等方面。大量應用于影碟機、VCD 等家用電器和儀表中的霍爾電機是-一種無刷電機，它是利用轉(zhuǎn)速變化信號控制霍爾電壓信號變化，從而調(diào)節(jié)驅(qū)動電路驅(qū)動管中的工作電流，即調(diào)節(jié)電動機定子繞組電流，實現(xiàn)對電動機轉(zhuǎn)速與穩(wěn)速的控制，克服了一般帶電刷或整流子直流電機不能達到轉(zhuǎn)速穩(wěn)、壽命長、噪聲小的致命弱點?；魻栃獎痈袡z測器與電子線路組裝可制成報警器，帶在老人或消防人員身上，當出現(xiàn)昏迷、跌倒等危險情形時可報警發(fā)出聲響，還可用來裝在汽車或摩托車上，達到防盜目的

• 工程技術(shù)中的應用
  

  
  

  (1)測量電流強度。將霍爾器件的輸出(必要時可進行放大)送到經(jīng)校準的顯示器上，即可由霍爾輸出電壓的數(shù)值直接得出被測電流值。這種方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，測量結(jié)果的精度和線性度都較高。可測直流、交流和各種波形的電流。在現(xiàn)在的工業(yè)現(xiàn)場，霍爾電流傳感器是電流檢測的產(chǎn)品。

  
  

  (2)測量微小位移。若令霍爾元件的工作電流保持不變，而使其在一一個 均勻梯度磁場中移動，它輸出的霍爾電壓UH值只由它在該磁場中的位移量來決定。產(chǎn)生梯度磁場的磁系統(tǒng)及其與霍爾器件組成的位移傳感器，將它們固定在被測系統(tǒng)上，可構(gòu)成霍爾微位移傳感器。用霍爾元件測量位移具有靈敏度高，慣性小、頻響快、工作可靠、壽命長等優(yōu)點，但工作距離較小。以微位移檢測為基礎(chǔ)，可以構(gòu)成壓力、應力、應變、機械振動、加速度、重量、稱重等霍爾傳感器。

  
  

  (3)壓力傳感器。霍爾壓力傳感器由彈性元件，磁系統(tǒng)和霍爾元件等部分組成,加.上壓力后，使磁系統(tǒng)和霍爾元件間產(chǎn)生相對位移，改變作用到霍爾元件上的磁場，從而改變它的輸出電壓UH。由事先校準的P~f( UH)曲線即可得到被測壓力P的值。

(4)車用傳感器。車用傳感器是電子控制系統(tǒng)的主要組成部分之-一，在實現(xiàn)車輛電子化中占有舉足輕重的地位。-輛電 子控制系統(tǒng)比較完整的豪華轎車中，幾乎可以有20~30個霍爾傳感器用于汽車工作狀態(tài)的測量和控制。另外，霍爾效應傳感器還可用于車用導航系統(tǒng)，變速器控制，汽車生產(chǎn)線自動控制，以及公路撓性路面的檢測等。隨著車輛電子化的發(fā)展，對車用傳感器開展以下幾個方面的研究開發(fā):環(huán)境檢測用傳感器:主要集中研究開發(fā)采用微波的抗振雷達，采用紅外線的障礙檢測裝置，采用超聲波和CCD攝像機相結(jié)合的距離監(jiān)測裝置，采用微波與紅外線和攝像機相結(jié)合的視覺放大系統(tǒng)。路況檢測用傳感器:主要研究開發(fā)監(jiān)測與判斷輪胎與路面的各種參數(shù)等方面的傳感器。車輛狀態(tài)檢測用傳感器:主要研究開發(fā)用于車速和角速度測量的傳感器。未來的汽車用傳感器技術(shù)，總的發(fā)展趨勢是微型化、多功能化、集成化和智能化。

(5)電磁無損探傷。鋼絲繩作為起重、運輸、提升及承載設(shè)備中的重要構(gòu)件，被應用于礦山、運輸、建筑、旅游等行業(yè)，但由于使用環(huán)境惡劣，在它表面會產(chǎn)生斷絲、磨損等各種缺陷，所以，及時對鋼絲繩探傷檢測顯得尤為重要?；魻栃獰o損探傷方法安全、可靠、實用，被應用在設(shè)備故障診斷、材料缺陷檢測之中。其探傷原理是建立在鐵磁性材料的高磁導率特性之上。采用霍爾元件檢測該泄漏磁場的信號變化，可以有效地檢測出缺陷存在。

(6)磁流體發(fā)電。其基本原理就是利用等離子體的霍爾效應，即在橫向磁場作用下使通過磁場的等離子體正、負帶電粒子分離后積聚于兩個極板形成電源電動勢。這種新型的高效發(fā)電方式，通過燃料燃燒發(fā)出的熱能使氣體變成高溫高壓的等離子體流而轉(zhuǎn)換成電能，既提高了熱能利用效率又滿足了環(huán)保的要求。磁流體發(fā)電技術(shù)，可能是今后取代火力發(fā)電的一個方向，磁流體發(fā)電發(fā)展前景廣闊。

4.科學技術(shù)中的應用

霍爾傳感器在飛機、軍艦、航天器、新軍事裝備及通訊中應用也相當廣泛。如我國的遠程導﹡、“風云"號衛(wèi)星、“神舟"號飛船等均使用特別研制的霍爾傳感器。在計算機控制的點火系統(tǒng)中，計算機需要發(fā)動機各工況的輸入信號。其中霍爾效應傳感器組件(霍爾集成電路或霍爾元件與永磁體、軟磁材料等封裝在一起)就提供發(fā)動機轉(zhuǎn)速和曲軸位置數(shù)據(jù)等。

霍爾元件的特點和分類

1.霍爾元件的特點。霍爾元件的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高(可達1MHZ),耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕，調(diào)試方便等?；魻栐痛朋w都能在很寬的溫度范圍(-40C~150"C)、很強的振動沖擊條件下工作，且磁場不受- -般介質(zhì)的阻隔。另外它的變換器組件能夠和相關(guān)的信號處理電路集成到同- -片硅片上，體積小，成本低，且具有較好的抗電磁干擾性能。

2.霍爾元件的分類。按照霍爾元件的結(jié)構(gòu)可分為:一維霍 爾元件、二維霍爾元件和三維霍爾元件。-維霍爾元件又被稱為單軸霍爾元件，它的主要參數(shù)是靈敏度、工作溫度和頻率響應。運用此類器件時，就可將與適當?shù)男〈配?起運動的物體的位置、位移、速度、角度等信息以電信號的形式傳感出來，達到了自動測量與控制的目的。二維霍爾元件的結(jié)構(gòu)是-二維平面，也被稱為平面霍爾元件:三維霍爾元件通常被稱為非平面霍爾元件?；魻栐垂δ芸煞譃?線形元件、開關(guān)、鎖存器和專﹡傳感器。