霍爾效應在汽車(chē)傳感器中的應用探討論文

霍爾效應在汽車(chē)傳感器中的應用探討論文

　　作為汽車(chē)電子控制系統的重要組成構件，傳感器工作性能的優(yōu)化，有利于提高汽車(chē)運行時(shí)各系統信息采集效率，確保汽車(chē)能夠處于穩定、高效的運行狀態(tài)。結合霍爾效應的實(shí)際作用，汽車(chē)生產(chǎn)制造中加強霍爾傳感器的合理使用，有利于降低汽車(chē)功耗，減少各種污染源的影響，最大限度地滿(mǎn)足汽車(chē)行業(yè)的各類(lèi)需求。因此，需要擴大霍爾效應在汽車(chē)傳感器中的實(shí)際應用范圍。

　　1霍爾效應的相關(guān)內容

　　所謂的霍爾效應，是指垂直于外磁場(chǎng)的電流通過(guò)導體時(shí)，磁場(chǎng)、電流方向分別與導體垂直的斷面將會(huì )形成電勢差的現象。這種電勢差也稱(chēng)為霍爾電壓[1]�；魻栐�理圖如圖1所示。

　　結合圖1所示的內容，可以對霍爾電壓進(jìn)行計算。具體的計算公式如下：

　　式（1）中，霍爾電壓用Vn表示，單位為伏特；穿過(guò)導體的電流用I表示，單位為A；垂直于導體的磁感應強度用B表示，單位為T(mén)；長(cháng)方形導體高度用d表示，單位為m，電子電荷量用q表示，單位為C，載流子密度用n表示，單位為個(gè)/m2。

　　2霍爾效應在汽車(chē)傳感器方面的應用分析

　　2.1汽車(chē)轉速傳感器方面的應用

　　結合霍爾傳感器的功能特性，可知其輸出電壓與被測量物體的轉速之間各自保持獨立性，不存在任何關(guān)系。實(shí)際工作中通過(guò)轉換機制的使用可獲得脈沖信號。滿(mǎn)足實(shí)際測量作業(yè)的具體要求。間接地擴大了其在汽車(chē)轉速器方面的實(shí)際應用范圍。

　　汽車(chē)轉速傳感器測量轉速過(guò)程中被測轉子將會(huì )在傳感器的作用下引起磁場(chǎng)變化。具體表現在：當被測轉子穿過(guò)霍爾元件周?chē)�的磁�?chǎng)線(xiàn)較為稀疏時(shí)，磁場(chǎng)弱；當被測轉子穿過(guò)磁力線(xiàn)較為集中的區域時(shí)，磁場(chǎng)相對較強。結合這種磁力線(xiàn)分布不同而引起磁場(chǎng)變化的原理，可制成性能可靠的霍爾式轉速傳感器，實(shí)現對汽車(chē)轉速變化的有效測量�；魻柺睫D速傳感器處于正常的工作狀態(tài)時(shí)，其中的磁力線(xiàn)密度將會(huì )發(fā)生變化，傳感器感應元件在這些變化磁力線(xiàn)的作用下將會(huì )產(chǎn)生一定大小的霍爾電壓，并經(jīng)過(guò)轉換得到交變電信號，并在內置電路的作用下逐漸放大信號，最終得到矩形脈沖信號[2]。

　　霍爾式轉速器測量依賴(lài)于磁場(chǎng)變化。使用中若遇到非鐵磁材質(zhì)設備時(shí)，需要在被測元件指定的位置處安裝磁鐵物質(zhì)，逐漸改變傳感器使用時(shí)周?chē)�磁�?chǎng)，促使物質(zhì)的運動(dòng)狀態(tài)能夠被霍爾轉速傳感器及時(shí)地捕捉到，實(shí)現對汽車(chē)轉速的有效測量。相比光電式轉速傳感器，霍爾式轉速傳感器具有這些方面的優(yōu)勢：①轉速變化不會(huì )影響輸出電壓；②可以檢測到1000km/h汽車(chē)發(fā)出的信號頻率，使用中的頻率響應相對較高；③具有良好的抗干擾性能，測量精度高，不會(huì )受到各種環(huán)境因素的明顯干擾。

　　2.2汽車(chē)點(diǎn)火系統方面的應用

　　結合汽車(chē)點(diǎn)火系統的工作原理，可知其正常運行依賴(lài)于霍爾信號發(fā)生器。由于其設計過(guò)程中主要采用了霍爾原理，則也將這種點(diǎn)火系統稱(chēng)為霍爾式電子點(diǎn)火系統。

　　霍爾信號發(fā)生器的工作原理是：當霍爾發(fā)生器同時(shí)受到直流電流與磁場(chǎng)的作用時(shí)，才會(huì )使發(fā)生器中產(chǎn)生電壓信號。在這種信號的作用下汽車(chē)系統將會(huì )產(chǎn)生點(diǎn)火信號，進(jìn)而觸發(fā)點(diǎn)火系統。

　　霍爾發(fā)生器的工作原理圖如圖2所示。轉子葉片在永久磁鐵與霍爾發(fā)生器之間發(fā)生動(dòng)作時(shí)，由于此時(shí)的磁力線(xiàn)將會(huì )被葉片遮擋，致使霍爾元件周?chē)�的磁感應強度基本可以忽略不計，不�?huì )產(chǎn)生電壓；隨著(zhù)轉子葉片轉動(dòng)，當其在霍爾發(fā)生器與永久磁鐵之間發(fā)生動(dòng)作時(shí)，此時(shí)的磁力線(xiàn)將會(huì )在霍爾元件周?chē)�發(fā)生作用，促使霍爾元件周?chē)�的磁感應強度逐漸加大，最終輸出了霍爾電壓，為汽車(chē)點(diǎn)火控制系統的構建提供了參考依據：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機正常工作時(shí)，通過(guò)轉子葉片的不斷轉動(dòng)，將會(huì )產(chǎn)生變化的電壓信號，并在內部集成電路的作用下得到一定的方波信號。此時(shí)的方波信號將作用于點(diǎn)火控制系統，促使系統能夠正常地運行。

　　2.3汽車(chē)位置傳感器方面的應用

　　這種傳感器包含的內容豐富，像凸輪軸位置傳感器、加速踏板位置傳感器等，隸屬于汽車(chē)位置傳感器的范疇�，F階段霍爾位置傳感器的實(shí)際應用范圍正在擴大，在汽車(chē)位置測量方面取得了良好的作用效果。

　　汽車(chē)中霍爾型節氣門(mén)位置傳感器主要是由磁體與霍爾元件組成的。該傳感器正常工作時(shí)與節氣門(mén)軸相連，隨著(zhù)節氣門(mén)的轉動(dòng)而轉動(dòng)。若節氣門(mén)打開(kāi)時(shí)，其附著(zhù)的磁體將會(huì )處于轉動(dòng)的工作狀態(tài)，致使霍爾元件周?chē)�的磁通量發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生了變化的電壓信號。在可靠的設計方案支持下，可以使霍爾元件磁鐵變化中霍爾電壓以線(xiàn)性方式逐漸地變化，最終實(shí)現了節氣門(mén)開(kāi)度測量�；魻柺焦潥忾T(mén)位置傳感器正常工作時(shí)主要采用的是無(wú)接觸方式，成本低，長(cháng)期使用中性能狀況良好、測量精度高、故障發(fā)生率低、具有可靠的系統輸出信號，客觀(guān)地決定了其在汽車(chē)生產(chǎn)制造中的廣泛使用。

　　3結束語(yǔ)

　　綜上所述，霍爾效應在汽車(chē)傳感器應用中取得了良好的作用效果，有利于延長(cháng)傳感器的使用壽命，推動(dòng)傳感器技術(shù)的快速發(fā)展。同時(shí)，結合未來(lái)汽車(chē)行業(yè)的實(shí)際發(fā)展要求，應注重強抗干擾性、結構簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)的霍爾傳感器的有效使用，實(shí)現汽車(chē)各系統組成結構工作性能的不斷優(yōu)化，保持汽車(chē)正常使用的高效性，增強傳感器長(cháng)期工作中的性能可靠性。

　　參考文獻

　　[1]印友軍.基于霍爾原理的非接觸式位置傳感器的研究與應用[D].上海：上海交通大學(xué)，2012：3-5.

　　[2]李閃，周軍.霍爾傳感器在汽車(chē)電子中的應用[J].湖南農機，2011，（03）：64-65.

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