霍尔传感器是什么 霍尔传感器的典型应用有哪些？（上）

磁传感器和地磁传感器

1.磁传感器

磁传感器是一种旨在测量磁场的大小和方向的传感器。根据目的不同有多种传感器，以下列举典型的传感器。

1.霍尔传感器

基于霍尔效应测量磁通密度的传感器，输出与磁通密度成比例的电压。

它易于使用，主要用于非接触式开关应用，例如门和笔记本电脑等物体的打开和关闭检测。

2.MR传感器

MR（Magneto Resistance）传感器也被称为磁阻效应传感器，利用物体电阻因磁场变化来测量地磁大小的传感器。

灵敏度高于霍尔传感器，功耗更低，因此是一种使用更广泛的磁传感器。除了电子罗盘等地磁检测应用外，它还用于电机旋转和位置检测应用。

3.MI传感器

MI（Magneto Impedance）传感器是下一代磁传感器，采用特殊的非晶丝并应用了磁阻抗效应。

它的灵敏度比霍尔传感器高出10,000倍以上，并且可以高精度地测量地磁的微小变化。

可以应用于超低消耗电流的方位检测（电子罗盘），还可应用于室内定位、金属异物检测等高灵敏度特性的应用。

2.地磁传感器

地球被磁场磁力所包围，这被称为地磁。地磁传感器是检测地球磁力的传感器，也被称为“电子罗盘”。地磁传感器可以通过检测地磁来检测方向。说起电子罗盘，大家应该更熟悉吧。简而言之，就是作为指南针，可以了解朝向方位的传感器。地磁传感器分为2轴(XY轴)型和3轴(XYZ轴)型。

地磁传感器有X和Y两轴型以及添加了Z的三轴型，并测量各方向上的磁力值。

如果不考虑诸如简单罗盘之类的倾斜，则仅使用X轴和Y轴的值。当考虑倾斜时，需要将地磁传感器的3轴值与加速度传感器相结合，将其校正到正确的方向。

下图显示了地磁传感器水平旋转时X和Y值的分布。

如果地磁传感器水平旋转，在不受周围磁场影响的理想情况下，输出分布图的圆心变为零。

然而，实际上中心因环境磁场的影响而移动，因此需要进行调整以将圆心移动到零。

地磁传感器导出的北极称为磁北（略偏离北极）。通过上述方程式计算该磁北的角度，可以容易知道方向。

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霍尔传感器和霍尔开关

1.霍尔传感器元件

霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。本文简要介绍其工作原理， 产品特性及其典型应用。

霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。

作用原理：当电流通过一个位于磁场中的导体时，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力，从而在导体的两端产生电势差。主要运用在翻盖解锁、合盖锁定屏幕等功能当中，苹果的Smart cover还有多个品牌的官方手机配件，都运用了这项技术。

霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。

霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达－55℃～150℃。

按照霍尔器件的功能可将它们分为: 霍尔线性器件 和 霍尔开关器件 。前者输出模拟量，后者输出数字量。

按被检测的对象的性质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。

霍尔元件也可以分成四个类型：单极，双极，全极，线性这四种,

2.霍尔开关

通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为U=K·I·B/d，其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场(洛伦慈力Lorrentz)的磁感应强度，d是薄片的厚度。

由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。霍尔元件属于这种有源磁电转换器件，是一种磁敏元件。它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。

霍尔开关就是利用霍尔元件的这一特性制作的，它的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值达到一定的程度(如B1)时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。

输出端一般采用晶体管输出，和其他传感器类似有NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型(双极性)、双信号输出之分。霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。

当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。

霍尔开关在物联网方面设计使用越来越多，尤其在一些智能表计领域，常用于复位激活功能。霍尔开关是一种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上把磁输入信号转换为电信号。可以把它理解为“磁性开关”。霍尔开关这种非接触式触发对产品一体性具有很大的优势。

内部框图

霍尔开关IC内部集成了霍尔电压发生器，放大器，施密特触发电路，晶体管输出电路，其数字输出干净平稳，不会发生开关跳跃及抖动（机械开关的固有问题）。

霍尔开关的分类

按照感应方式通常分为三大类：单极霍尔开关、双极霍尔开关、全极霍尔开关，如下：

1）单极性霍尔开关

单极霍尔元件只感应磁铁某一个磁极，绝大多数单极霍尔IC对S极敏感，即当S极靠近有标记面时，霍尔IC导通（输出低）；当S极撤离后，霍尔关闭（输出高）。

感应方式：磁场的一个磁极靠近它，输出低电平信号，磁场磁极离开它输出高电平信号，但要注意的是，单极性霍尔开关它会指定某磁极（N极/S极）感应才有效。

2）双极性霍尔开关

双极霍尔IC对磁铁的S，N极都敏感，当S极接近有标记的面，且磁场达到某一强度，霍尔输出导通（低电平）；S极撤离后，输出保持导通状态；只有当N极接近有标记的面，且磁场达到某一强度，霍尔输出截止（高电平）；N极撤离后，霍尔保持截止状态。由于磁场撤离后（磁场强度为0），霍尔保持原状态，类似锁存器的记忆功能，因此称此类霍尔IC为锁存型霍尔IC、锁定型霍尔IC。

感应方式：磁场有N/S两个磁极，两个磁极分别控制双极性霍尔开关的开和关（高低电平），它一般具有锁定的作用，也就是说当磁极离开后，霍尔输出信号不发生改变，直到另一个磁极感应。

单极霍尔开关和锁存霍尔开关区别在磁参数上：

单极霍尔开关插件常用S极（磁铁的南极）去触发霍尔。磁铁靠近霍尔的输出（信号）改变，磁铁远离霍输出有电压，磁铁离开后输出无电压。

锁存开关霍尔：用两个磁极去触发霍尔。用磁钢的S极靠近霍尔，霍尔的输出（信号）改变；再用磁钢的N极靠近霍尔，霍尔的输出（信号）恢复初始状态，锁存霍尔开关带有锁存记忆功能，当S极靠近再离开后，保持现状，必须要N极来靠近下才会改变原先输出状态。

3）全极性霍尔开关

全极性霍尔IC是较新出现的类型，等同对待S极和N极，也被称为无极性霍尔IC。一般情况下，任何一个磁极面向标记面且施加的磁感应强度B超过工作点（BOP）（即|B|>BOP），输出导通，输出由高变低。

当磁感应强度减弱低于释放点（BRP）（即|B|<brp）或撤除（b=0）时，输出关断，输出由低变高。也有部分与以上输出状态相反的全级霍尔ic。全级< span="">霍尔IC这一类似干簧管的特性，在许多场合用于替换干簧管以提高可靠性。brp）或撤除（b=0）时，输出关断，输出由低变高。也有部分与以上输出状态相反的全级霍尔ic。全级<>

感应方式：全极性霍尔开关的感应方式与单极性霍尔开关的感应方式相似，区别在于单极性霍尔开关会指定磁极，全极性霍尔开关不会指定磁极，任何磁极靠近输出低电平信号，离开输出高电平信号。

霍尔开关参数

1）磁通量密度

磁通量密度主要指磁场强度用B来表示，单位是高斯（Gauss）或特斯拉（tesla)（1G=0.1mT）。当磁通量密度增大到一定值时，霍尔开关开始动作输出低电平的工作点，该点对应的磁通量密度称为工作点--BOP。当继续提高磁场强度时不会影响开关状态会一直保持打开。下图中当磁通量密度达到240G时，霍尔开关输出低电平。

由于磁滞作用的影响，如果关掉上图中的和霍尔开关需要使磁通量密度低于240G工作点，如下图所示：存在90G磁滞，当磁通量密度减小到150G时，霍尔开关关断。此时磁通量密度的数值称为释放点—BRP .