一． 引言
隨著自動檢測控制和資訊科技的發展，對感測器的效能要求越來越高，一方面要求盡可能精確，可靠性要求高；另一方面要求**盡可能廉價。霍爾感測器是一種理想器件。
磁敏感測器，顧名思義就是感知磁性物體的存在或者磁性強度(在有效範圍內)這些磁性材料除永磁體外，還包括順磁材料(鐵、鈷、 鎳及其它們的合金)當然也可包括感知通電(直、交)線包或導線周圍的磁場。傳統的磁檢測中首先被採用的是電感線圈為敏感元件。特點正是無須**圈中通電，一般僅對運動中的永磁體或電流載體起敏感作用。
後來發展為用線圈組成振盪槽路的。 如探雷器， 金屬異物探測器，測磁通的磁通計等. (磁通門，振動樣品磁強計)。
霍爾感測器是依據霍爾效應製成的器件。
霍爾效應：通電的載體在受到垂直於載體平面的外磁場作用時，則載流子受到洛倫茲力的作用， 並有向兩邊聚集的傾向,由於自由電子的聚集(一邊多一邊必然少)從而形成電勢差， 在經過特殊工藝製備的半導體材料這種效應更為顯著。從而形成了霍爾元件。
早期的霍爾效應的材料insb(銻化銦)。為增強對磁場的敏感度,在材料方面半導體iiiv 元素族都有所應用。近年來，除insb之外，有矽襯底的，也有砷化鎵的。
霍爾器件由於其工作機理的原因都製成全橋路器件，其內阻大約都在150ω~500ω之間。對線性感測器工作電流大約在2~10ma左右，一般採用恆流供電法。
insb與矽襯底霍爾器件典型工作電流為10ma。而砷化鎵典型工作電流為2 ma。作為低弱磁場測量，我們希望感測器自身所需的工作電流越低越好。
（因為電源周圍即有磁場，就不同程度引進誤差。另外，目前的感測器對溫度很敏感，通的電流大了，有乙個自身加熱問題。（溫公升）就造成感測器的零漂。
這些方面除外附補償電路外，在材料方面也在不斷的進行改進。
霍爾感測器主要有兩大類，一類為開關型器件，一類為線性霍爾器件，從結構形式（品種）及用量、產量前者大於後者。霍爾器件的響應速度大約在1us 量級。
以磁場作為媒介，利用霍爾感測器可以檢測多種物理量，如位移、振動、轉速、加速度、流量、電流、電功率等。它不僅可以實現非接觸測量，並且採用永久磁鐵產生磁場，不需附加能源。另外，霍爾感測器尺寸小、**便宜、應用電路簡單、效能可靠，因而獲得極為廣泛的應用。
除了直接利用霍爾感測器外，還利用它開發出各種派生的感測器。
二． 工作原理
1.霍爾效應
通電的導體或半導體，在垂直於電流和磁場的方向上將產生電動勢的現象。
2.霍爾磁敏感測器工作原理
設霍耳片的長度為l，寬度為w，厚度為d。又設電子以均勻的速度v運動，則在垂直方向施加的磁感應強度b的作用下，它受到洛侖茲力
e—電子電量(1.62×10-19c)； v—電於運動速度。
同時，作用於電子的電場力
當達到動態平衡時
電流密度
霍耳電勢vh與 i、b的乘積成正比，而與d成反比。於是可改寫成：
—霍耳係數，由載流材料物理性質決定。ρ—材料電阻率
μ—載流子遷移率,μ=v/e,即單位電場強度作用**流子的平均速度。
金屬材料，電子μ很高但ρ很小，絕緣材料，ρ很高但μ很小。故為獲得較強霍耳效應，霍耳片全部採用半導體材料製成。
設 kh=rh / d vh＝ kh i b
kh—霍耳器件的乘積靈敏度。它與載流材料的物理性質和幾何尺寸有關，表示在單位磁感應強度和單位控制電流時霍耳電勢的大小。
若磁感應強度b的方向與霍耳器件的平面法線夾角為θ時，霍耳電勢應為
vh＝ kh i b cosθ
注意：當控制電流的方向或磁場方向改變時，輸出霍耳電勢的方向也改變。但當磁場與電流同時改變方向時，霍耳電勢並不改變方向。
三．霍耳磁敏感測器（霍耳器件）
器件電流(控制電流或輸入電流):流入到器件內的電流。
電流端子a、b相應地稱為器件電流端、控制電流端或輸入電流端。
霍耳輸出端的端子c、d相應地稱為霍耳端或輸出端。
若霍耳端子間連線負載,稱為霍耳負載電阻或霍耳負載。
電流電極間的電阻，稱為輸入電阻，或者控制內阻。
霍耳端子間的電阻，稱為輸出電阻或霍耳側內部電阻。
圖中控制電流i由電源e供給,r為調節電阻,保證器件內所需控制電流i。霍耳輸出端接負載r3,r3可是一般電阻或放大器的輸入電阻、或表頭內阻等。磁場b垂直通過霍耳器件,在磁場與控制電流作用下，由負載上獲得電壓。
實際使用時,器件輸入訊號可以是i或b，或者ib,而輸出可以正比於i或b, 或者正比於其乘積ib。
實際使用時,器件輸入訊號可以是i或b，或者ib,而輸出可以正比於i或b, 或者正比於其乘積ib。
同樣，若給出控制電壓v，由於v=r1i，可得控制電壓和霍耳電勢的關係式
上兩式是霍耳器件中的基本公式。即：輸入電流或輸入電壓和霍耳輸出電勢完全呈線性關係。如果輸入電流或電壓中任一項固定時，磁感應強度和輸出電勢之間也完全呈線性關係。
四．基本特性
1、直線性：指霍耳器件的輸出電勢vh分別和基本引數i、v、b之間呈線性關係。
2、靈敏度：可以用乘積靈敏度或磁場靈敏度以及電流靈敏度、電勢靈敏度表示：
vh=khbi
kh——乘積靈敏度，表示霍耳電勢vh與磁感應強度b和控制電流i乘積之間的比值，通常以mv/(ma·0.1t)。因為霍耳元件的輸出電壓要由兩個輸入量的乘積來確定,故稱為乘積靈敏度。
若控制電流值固定，則：
vh＝kbb
kb——磁場靈敏度，通常以額定電流為標準。磁場靈敏度等於霍耳元件通以額定電流時每單位磁感應強度對應的霍耳電勢值。常用於磁場測量等情況。
若磁場值固定，則：
vh＝kii
ki——電流靈敏度，電流靈敏度等於霍耳元件在單位磁感應強度下電流對應的霍耳電勢值。
3、額定電流：霍耳元件的允許溫公升規定著乙個最大控制電流。
4、最大輸出功率在霍耳電極間接入負載後，元件的功率輸出與負載的大小有關，當霍耳電極間的內阻r2等於霍耳負載電阻r3時，霍耳輸出功率為最大。
5、最大效率霍耳器件的輸出與輸入功率之比，稱為效率，和最大輸出對應的效率，稱為最大效率，即：
6、負載特性當霍耳電極間串接有負載時，因為流過霍耳電流，在其內阻上將產生壓降，故實際霍耳電勢比理論值小。由於霍耳電極間內阻和磁阻效應的影響，霍耳電勢和磁感應強度之間便失去了線性關係。如圖所示
7、溫度特性：指霍耳電勢或靈敏度的溫度特性，以及輸入阻抗和輸出阻抗的溫度特性。它們可歸結為霍耳係數和電阻率（或電導率）與溫度的關係。
8、頻率特性
磁場恆定，而通過感測器的電流是交變的。器件的頻率特性很好，到10khz時交流輸出還與直流情況相同。因此,霍耳器件可用於微波範圍,其輸出不受頻率影響。
磁場交變。霍耳輸出不僅與頻率有關，而且還與器件的電導率、周圍介質的磁導率及磁路引數(特別是氣隙寬度)等有關。這是由於在交變磁場作用下，元件與導體一樣會在其內部產生渦流的緣故。
總之，在交變磁場下，當頻率為數十khz時，可以不考慮頻率對器件輸出的影響，即使在數mhz時，如果能仔細設計氣隙寬度，選用合適的元件和導磁材料，仍然可以保證器件有良好的頻率特性的。
五．應用舉例
利用霍耳效應製作的霍耳器件，不僅在磁場測量方面，而且在測量技術、無線電技術、計算技術和自動化技術等領域中均得到了廣泛應用。
利用霍耳電勢與外加磁通密度成比例的特性，可借助於固定元件的控制電流，對磁量以及其他可轉換成磁量的電量、機械量和非電量等進行測量和控制。應用這類特性製作的器具有磁通計、電流計、磁讀頭、位移計、速度計、振動計、羅盤、轉速計、無觸點開關等。
利用霍耳感測器製作的儀器優點：
(1) 體積小，結構簡單、堅固耐用。
(2)無可動部件，無磨損，無摩擦熱，雜訊小。
(3)裝置效能穩定，壽命長，可靠性高。
(4)頻率範圍寬，從直流到微波範圍均可應用。
(5)霍耳器件載流子慣性小，裝置動態特性好。
霍耳器件也存在轉換效率低和受溫度影響大等明顯缺點。但是，由於新材料新工藝不斷出現，這些缺點正逐步得到克服。
1. 檢測磁場
檢測磁場是霍爾式感測器最典型的應用之一。將霍爾器件做成各種形式的探頭，放在被測磁場中，使磁力線和器件表面垂直，通電後即可輸出與被測磁場的磁感應強度成線性正比的電壓。
2. 霍爾位移感測器
將霍爾元件置於磁場中，左半部磁場方向向上，右半部磁場方向向下，從 a端通人電流i，根據霍爾效應，左半部產生霍爾電勢vh1，右半部產生露爾電勢vh2，其方向相反。因此，c、d兩端電勢為vh1—vh2。如果霍爾元件在初始位置時vh1=vh2，則輸出為零；當改變磁極系統與霍爾元件的相對位置時，即可得到輸出電壓，其大小正比於位移量。
3. 霍爾式壓力感測器
4. 霍爾轉速感測器
5. 霍爾計數裝置
(a)工作示意圖
( b) 電路圖
6. 汽車霍爾電子點火器
當缺口對準霍爾元件時，磁通通過霍爾感測器形成閉合迴路，電路導通，霍爾電路輸出≤0.4v的低電平；當隔磁罩豎邊的凸出部分擋在霍爾元件和磁體之間時，電路截止，霍爾電路輸出高電平。
當霍爾感測器輸出低電平時，v1截止，v2、v3導通，點火器的初級繞組有恆定的電流通過；當霍爾感測器輸出高電平時，v1導通， v2、v3 截止，點火器的初級繞組電流截止，此時儲存在點火線圈中的能量由初級繞組以高壓放電的形式輸出，即放電點火。
六．參考文獻
羅四維感測器應用電路詳解
鬱有文感測器原理及工程應用
康維新感測器與檢測技術
磁敏感測器
課程名稱電子元器件工藝導論 題目名稱磁敏感測器 磁敏管 的結構與效能 學生學院材料與能源學院 專業班級電子科學與技術 電子資訊材料及元器件方向 學號 3113007298 學生姓名李晉宇 指導教師謝致薇 2016年05 月 18 日 目錄一，實驗目的 1 二，實驗內容 1 三，實驗儀器 1 四，實驗...
磁敏感測器總結
磁敏感測器是利用半導體材料中的自由電子或空穴隨磁場改變其運動方向這一特性而製成的感測器件。磁敏感測器一般被用來檢測磁場的存在 變化 方向以及磁場強弱，以及可引起的磁場變化物理量。目前的感測器的品種很多，例如霍爾器件，磁敏二極體 三極體，半導體型磁敏電阻器件，以及amr gmr磁敏感測器，gmi 巨磁...
霍爾感測器的工作原理
即 up r1 rin ip r1 rin nsis np 式中rin為原邊內阻。磁平衡式電流電壓感測器測量輸出訊號為電流形式is。若要獲得電壓的輸出形式，使用者需在m端和電源零點之間串乙隻電阻rm，並在其上取電壓um，如圖所示，串聯電阻的大小由下式限定 rmmax emin uces isri i...