什么是霍爾效應(yīng)傳感器？

簡(jiǎn)單地理解就是給一塊半導(dǎo)體材料通電，并將其置于磁場(chǎng)中。磁通線在半導(dǎo)體材料上施加力，使導(dǎo)電材料中的電荷載流子電子和空穴偏轉(zhuǎn)到半導(dǎo)體板的另一側(cè)，產(chǎn)生電位差輸出的霍爾電壓經(jīng)過(guò)處理，就可以獲得磁場(chǎng)的大小、位置等信息。

初級(jí)霍爾效應(yīng)傳感器包括：一個(gè)霍爾元件將磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換為電壓；由于霍爾元件的輸出電壓很小，有時(shí)在微伏圍內(nèi)，還有運(yùn)算放大處理電路。最簡(jiǎn)單的霍爾效應(yīng)傳感器僅有三個(gè)引腳：電源、接地連接和輸出。如果霍爾效應(yīng)傳感器只對(duì)某個(gè)方向上的磁場(chǎng)敏感，一旦將傳感器焊接到PCB上，一旦給定的磁場(chǎng)性質(zhì)不是單向的，就很難得到精準(zhǔn)的位置信息。于是3D霍爾效應(yīng)傳感器就誕生了，可以測(cè)量X，Y和Z軸的磁場(chǎng)。與傳統(tǒng)霍爾效應(yīng)傳感器相比，3D傳感器使設(shè)備能夠測(cè)量任何方向放置的磁體，甚至可以測(cè)量多個(gè)維度并進(jìn)行磁通角或振幅的片上計(jì)算。

霍爾傳感器屬于磁敏傳感器，能夠與電動(dòng)自行車緊密相連，通過(guò)檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，從而實(shí)現(xiàn)更靈活的電機(jī)控制。因此，霍爾傳感器可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用。電動(dòng)自行車便大量利用了霍爾傳感器，特別是現(xiàn)行霍爾傳感器，如調(diào)速轉(zhuǎn)把，剎把以及無(wú)刷電機(jī)等。

電動(dòng)車上的霍爾傳感器調(diào)速轉(zhuǎn)把

如何解決機(jī)器人橫沖直撞的問(wèn)題？

掃地機(jī)器人需要精確的角度測(cè)量監(jiān)控輪胎中電機(jī)的位置，保證可以精確地按照路線行駛。如果機(jī)器人出現(xiàn)橫沖直撞，肆意駕駛，未按照規(guī)定的路徑運(yùn)行的情況，很有可能是位置信息監(jiān)測(cè)不精確。在工業(yè)領(lǐng)域AGV小車中，也會(huì)遇到同樣的問(wèn)題。

想要解決這個(gè)問(wèn)題，就需要高精度的位置測(cè)量傳感器，保證機(jī)器人運(yùn)行自如。

使用霍爾效應(yīng)傳感器是系統(tǒng)中測(cè)量位置的常用方法，霍爾效應(yīng)傳感器具有高精度、高一致性和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確感知系統(tǒng)中對(duì)象的位置和移動(dòng)。

比如在AGV中，就可以使用3D 霍爾效應(yīng)位置傳感器TMAG5170解決方案。僅需1顆，就可測(cè)量X，Y和Z三軸磁場(chǎng)，能夠計(jì)算任意兩個(gè)軸的角度和大小，是旋轉(zhuǎn)角度跟蹤和監(jiān)測(cè)線性位置的理想芯片。此外，TMAG5170還有具有超高精度，[敏感詞]靈敏度漂移誤差為±2.8%，可實(shí)現(xiàn)具有增益和偏移調(diào)節(jié)的片上集成角CORDIC計(jì)算。

在精度要求沒(méi)那么高的掃地機(jī)器人中，就可以使用到另一款霍爾效應(yīng)傳感器新品TMAG5273，靈敏度漂移為5%，同樣具有增益和偏移調(diào)節(jié)的片上集成角CORDIC計(jì)算。

TMAG5273 還具有提供各種電源模式，可通過(guò) I2C總線進(jìn)行配置，包括喚醒和睡眠，從而適用于電池供電設(shè)備。當(dāng)掃地機(jī)器人充電時(shí)，TMAG5273 可以置于休眠模式以節(jié)省電力。

單極霍爾開(kāi)關(guān) 霍爾元器件只能識(shí)別固定磁極（N或S，一般都是指定S極），當(dāng)磁場(chǎng)靠近時(shí)霍爾導(dǎo)通輸出低電平，磁場(chǎng)遠(yuǎn)離時(shí)霍爾關(guān)閉輸出高電平。而另一磁極始終高電平。

雙極霍爾開(kāi)關(guān) 需要兩個(gè)磁極分別控制高低電平，利用磁場(chǎng)NS極交替來(lái)輸出信號(hào)。對(duì)不同磁極分別響應(yīng)，一般為N極響應(yīng)為高，S極響應(yīng)為低。如S極靠近時(shí)輸出低電平，N極靠近時(shí)輸出高電平。雙極霍爾有一種特殊形式叫鎖存霍爾或鎖定霍爾：如S極靠近時(shí)開(kāi)啟，磁場(chǎng)離開(kāi)繼續(xù)保持開(kāi)啟;當(dāng)靠近N極時(shí)才會(huì)關(guān)閉，磁場(chǎng)移除后繼續(xù)保持關(guān)閉狀態(tài)，直到下次磁場(chǎng)改變，這種保持上次狀態(tài)的特性即鎖存特性，這種類型的霍爾就是雙極鎖存型霍爾；

全極霍爾開(kāi)關(guān)（無(wú)極性霍爾開(kāi)關(guān)）不分南極(S)北極(N)檢測(cè)磁場(chǎng)，對(duì)任意磁極都響應(yīng)，只要有磁場(chǎng)靠近就響應(yīng)；磁鐵接近時(shí)輸出低電平，遠(yuǎn)離時(shí)輸出高電平。注：請(qǐng)與雙極霍爾區(qū)分，全極霍爾是NS磁場(chǎng)都能感應(yīng). 

霍爾開(kāi)關(guān)

線性霍爾 的輸出電壓與傳過(guò)其本身的磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，根據(jù)磁場(chǎng)極性和強(qiáng)度其輸出電壓上升或下降 。通過(guò)磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化可以得知出相應(yīng)位置的改變數(shù)據(jù)，輸出電壓與感應(yīng)到的磁場(chǎng)極性和強(qiáng)度的關(guān)系固定，主要用于位移檢測(cè)，油門踏板、調(diào)速、壓力傳感，磁場(chǎng)檢測(cè)，電流檢測(cè)；

線性霍爾元件是一種模擬信號(hào)輸出的磁感測(cè)器，輸出電壓隨輸入的磁力密度線性變化。

線性霍爾效應(yīng)感測(cè)器 IC 的電壓輸出會(huì)精確跟蹤磁通密度的變化。在靜態(tài)（無(wú)磁場(chǎng)）時(shí)，從理論上講，輸出應(yīng)等于在工作電壓及工作溫度范圍內(nèi)的電源電壓的一半。增加南極磁場(chǎng)將增加來(lái)自其靜態(tài)電壓的電壓。相反，增加北極磁場(chǎng)將增加來(lái)自其靜態(tài)電壓的電壓。這些部件可測(cè)量電流的角、接近性、運(yùn)動(dòng)及磁通量。它們能夠以磁力驅(qū)動(dòng)的方式反映機(jī)械事件。

線性霍爾元件是直接檢測(cè)出受檢測(cè)對(duì)象本身的磁場(chǎng)或磁特性，一般應(yīng)用于調(diào)速，測(cè)電壓、電流、功率、厚度、線圈匝數(shù)等等。

線性霍爾傳感器

小結(jié): 線性霍爾元件的精度高,線性度好;霍爾開(kāi)關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)，無(wú)磨損

注意：

一般在選取霍爾時(shí)還要注意查看它是否帶鎖存功能（一般應(yīng)該都帶），如果沒(méi)有鎖存功能，那么每次它響應(yīng)后的狀態(tài)是不確定的！

有的霍爾元件在弱磁場(chǎng)（幾乎沒(méi)有磁場(chǎng)）中加電，初始狀態(tài)不確定！

磁場(chǎng)強(qiáng)度的兩種表示特斯拉和高斯的換算關(guān)系：1mT=10Gs。

附:  幾種霍爾傳感器的測(cè)量方法

一、線性霍爾元件的好壞判斷
1、改變磁場(chǎng)的大小線性霍爾元件的好壞
將線性霍爾元件通電，輸出端接上電壓表，磁鐵從遠(yuǎn)到近逐漸靠近線性霍爾元件時(shí)，該線性霍爾元件的輸出電壓逐漸從小到大變化，這說(shuō)明該線性霍爾元件是好的，如果磁鐵從遠(yuǎn)到近逐漸地靠近線性霍爾元件，該線性霍爾元件的輸出電壓保持不變，這說(shuō)明該線性霍爾元件已被損壞。
2、改變線性霍爾元件恒流源的電流大小判斷線性霍爾元件的好壞
磁鐵保持不動(dòng)（即對(duì)線性霍爾元件加入一個(gè)固定不變的磁場(chǎng)），使得線性霍爾元件恒流源的電流從零逐漸地向額定電流變化時(shí)（不能*過(guò)線性霍爾元件的額定電流），這時(shí)線性霍爾元件的輸出電壓也從小逐漸地向大變?nèi)A，這說(shuō)時(shí)該線性霍爾元件是好的，如果線性霍爾元件恒流的電流從零逐漸地向額定電流變化時(shí)，這時(shí)該線性霍爾元件的電壓保持不變，這說(shuō)明該線性霍爾元件已損壞。

二、單極開(kāi)關(guān)型霍爾元件的好壞測(cè)量
將單極開(kāi)關(guān)霍爾元件通電5V，輸出端串聯(lián)電阻，當(dāng)磁鐵遠(yuǎn)離開(kāi)關(guān)霍爾元件時(shí)，開(kāi)關(guān)霍爾元件的輸出電壓為高電平（+5V），當(dāng)磁鐵靠近開(kāi)關(guān)霍樂(lè)元件時(shí)，開(kāi)關(guān)霍爾元件的輸出電壓為低電平（+0.2V左右），這說(shuō)明該開(kāi)關(guān)開(kāi)型霍爾元件是好的。如果不認(rèn)靠近或離開(kāi)霍爾開(kāi)關(guān)，該霍爾開(kāi)關(guān)的輸出電平保持不變，則說(shuō)明該霍爾開(kāi)關(guān)已損壞。

三、雙極鎖存霍爾開(kāi)關(guān)元件的好壞測(cè)量
當(dāng)磁鐵N極或S極靠近霍爾開(kāi)關(guān)，輸出是高電平或低電平，然后拿開(kāi)霍爾元件，電平保持不變，再用剛才相反的磁極得到與剛剛相反的電平，這時(shí)說(shuō)明霍爾元件是好的，如果當(dāng)霍爾元件靠近得到的電平，在磁鐵離開(kāi)后不鎖存，說(shuō)明霍爾是壞的，當(dāng)磁鐵用相反的極性靠近霍爾，得不到與另一個(gè)極性靠近霍爾所得出相反的電平，那么這個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)也是壞的。