1.1传感器介绍
传感器(transducer/sensor)是 能 检 测 周 围 信息的装置,它能够将被检测物体的特征性能等信息,转换成一种便于感知的信息,如电信号或其他形式的信号,以此对被测物体,做出直观的反应。
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是:“能感受规定的被测量件并按照一定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。
传感器可以比作人类的器官,帮助我们了解周期的信息,然而它又比人的器官要灵敏很多,常常能够准确感测被测物体的信息,同时有很多被测量,仅靠人类的器官是不能感测出来的,为了解决这个问题,就需要传感器。所以可以说,传感器是人类五官的进化,又可称之为电五官。
它有很多优良的特点:体积小巧,功能强大,很强的系统性,高智能性,精准的数字性,可联网性。
现如今,传感器技术已经被广泛应用于农业,工业,医院,航空航天,天气,商业,军队项目,现代化办公设备,自动化生产,只能楼宇和家用电器等领域,由此可见,传感器技术已经成为了构建现代信息系统的不可或缺的一部分。然而,随着科技的发展,传感器的应用领域还在不停的扩大着[3]。
1.2霍尔磁场效应原理
19世纪80年代初期,霍尔第一次注意到了金属中的霍尔效应,但是由于霍尔效应在金属中很微弱,以至于后来没有没有得到广泛的应用。后来由于半导体技术的日趋成熟,有人开始试着用半导体材料制作霍尔元件,经过试验发现其中有很强的霍尔效应,同时半导体材料更加小巧节能,为霍尔元件的集成小型化提供了天然条件。
图1.1 霍尔效应的原理图
霍尔效应的原理如图1.1所示,把长l,宽b,厚度d的导体或半导体薄片平放,在其一端通过大小为I的电流,将磁感强度为B的磁场加在该半导体薄片的垂直方向,此时会产生一个感应电动势,该感应电动势大小与电流I和磁场强度B的乘积成比例,方向与控制电流I和磁场强度B所构成的平面方向垂直。换句话说,放在磁场中的导体或半导体,在与该磁场垂直的方向通电流,会有感生电动势在该导体或半导体的其他两个侧面产生,这就是霍尔效应[5]。
如果该物体是N型半导体,那么自由电子则是它内部的多数载流子,在磁场B中,自由电子在磁场作用下定向移动,同时受到洛伦兹力FL作用
FL=evB
其中,v代表运动速度,e代表电荷的电量。
由于被FL 推动着,电子向导体的同一边运动,这样形成了电荷的聚集。电子的运动使得导体基片一边积累电荷构成电场EH。由此可知电子不仅受到洛伦兹力FL的作用,还受到了霍尔电场力FE的作用。洛伦兹力FL与霍尔电场力FE的方向相反,霍尔电场力FE阻止了电子的偏转,其大小与和霍尔电势UH大小有 FE=eEH=eUH/b
随着时间的推移,直到FE=FL,电荷不在向两边积累,该过程达到一种平衡状态。
此时eEH=evB,于是有
EH=vB
霍尔电势为
UH=vBb
假设通过半导体薄片的电流为I,薄片的横街面积为d×b,电子运动速度为v,载流子浓度为n,则有电流关系式为 I=-nevbd。其中
v=-I/nedb
于是 UH=vBd=-IB/ned=RHIB/d=KHIB 基于MSP430单片机的磁感应器件应用(2):http://www.751com.cn/tongxin/lunwen_21733.html