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霍爾效應(yīng)在汽車(chē)傳感器中的應(yīng)用探討論文
作為汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的重要組成構(gòu)件，傳感器工作性能的優(yōu)化，有利于提高汽車(chē)運(yùn)行時(shí)各系統(tǒng)信息采集效率，確保汽車(chē)能夠處于穩(wěn)定、高效的運(yùn)行狀態(tài)。結(jié)合霍爾效應(yīng)的實(shí)際作用，汽車(chē)生產(chǎn)制造中加強(qiáng)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(kuò)大霍爾效應(yīng)在汽車(chē)傳感器中的實(shí)際應(yīng)用范圍。
1霍爾效應(yīng)的相關(guān)內(nèi)容
所謂的霍爾效應(yīng)，是指垂直于外磁場(chǎng)的電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，磁場(chǎng)、電流方向分別與導(dǎo)體垂直的斷面將會(huì)形成電勢(shì)差的現(xiàn)象。這種電勢(shì)差也稱(chēng)為霍爾電壓[1]�；魻栐韴D如圖1所示。
結(jié)合圖1所示的內(nèi)容，可以對(duì)霍爾電壓進(jìn)行計(jì)算。具體的計(jì)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(dǎo)體的電流用I表示，單位為A；垂直于導(dǎo)體的磁感應(yīng)強(qiáng)度用B表示，單位為T(mén)；長(zhǎng)方形導(dǎo)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(yīng)在汽車(chē)傳感器方面的應(yīng)用分析
2.1汽車(chē)轉(zhuǎn)速傳感器方面的應(yīng)用
結(jié)合霍爾傳感器的功能特性，可知其輸出電壓與被測(cè)量物體的轉(zhuǎn)速之間各自保持獨(dú)立性，不存在任何關(guān)系。實(shí)際工作中通過(guò)轉(zhuǎn)換機(jī)制的使用可獲得脈沖信號(hào)。滿(mǎn)足實(shí)際測(cè)量作業(yè)的具體要求。間接地?cái)U(kuò)大了其在汽車(chē)轉(zhuǎn)速器方面的實(shí)際應(yīng)用范圍。
汽車(chē)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速過(guò)程中被測(cè)轉(zhuǎn)子將會(huì)在傳感器的作用下引起磁場(chǎng)變化。具體表現(xiàn)在：當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)子穿過(guò)霍爾元件周?chē)拇艌?chǎng)線(xiàn)較為稀疏時(shí)，磁場(chǎng)弱；當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)子穿過(guò)磁力線(xiàn)較為集中的區(qū)域時(shí)，磁場(chǎng)相對(duì)較強(qiáng)。結(jié)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(zhuǎn)速傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)速變化的有效測(cè)量。霍爾式轉(zhuǎn)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(yīng)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(zhuǎn)換得到交變電信號(hào)，并在內(nèi)置電路的作用下逐漸放大信號(hào)，最終得到矩形脈沖信號(hào)[2]。
霍爾式轉(zhuǎn)速器測(cè)量依賴(lài)于磁場(chǎng)變化。使用中若遇到非鐵磁材質(zhì)設(shè)備時(shí)，需要在被測(cè)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)艌?chǎng)，促使物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)能夠被霍爾轉(zhuǎn)速傳感器及時(shí)地捕捉到，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)速的有效測(cè)量。相比光電式轉(zhuǎn)速傳感器，霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器具有這些方面的優(yōu)勢(shì)：①轉(zhuǎn)速變化不會(huì)影響輸出電壓；②可以檢測(cè)到1000km/h汽車(chē)發(fā)出的信號(hào)頻率，使用中的頻率響應(yīng)相對(duì)較高；③具有良好的抗干擾性能，測(cè)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(tǒng)方面的應(yīng)用
結(jié)合汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理，可知其正常運(yùn)行依賴(lài)于霍爾信號(hào)發(fā)生器。由于其設(shè)計(jì)過(guò)程中主要采用了霍爾原理，則也將這種點(diǎn)火系統(tǒng)稱(chēng)為霍爾式電子點(diǎn)火系統(tǒng)。
霍爾信號(hào)發(fā)生器的工作原理是：當(dāng)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(hào)。在這種信號(hào)的作用下汽車(chē)系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)火信號(hào)，進(jìn)而觸發(fā)點(diǎn)火系統(tǒng)。
霍爾發(fā)生器的工作原理圖如圖2所示。轉(zhuǎn)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)拇鸥袘?yīng)強(qiáng)度基本可以忽略不計(jì)，不會(huì)產(chǎn)生電壓；隨著轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)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)l(fā)生作用，促使霍爾元件周?chē)拇鸥袘?yīng)強(qiáng)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(tǒng)的構(gòu)建提供了參考依據(jù)：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)子葉片的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，將會(huì)產(chǎn)生變化的電壓信號(hào)，并在內(nèi)部集成電路的作用下得到一定的方波信號(hào)。此時(shí)的方波信號(hào)將作用于點(diǎn)火控制系統(tǒng)，促使系統(tǒng)能夠正常地運(yùn)行。
2.3汽車(chē)位置傳感器方面的應(yīng)用
這種傳感器包含的內(nèi)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。現(xiàn)階段霍爾位置傳感器的實(shí)際應(yīng)用范圍正在擴(kuò)大，在汽車(chē)位置測(cè)量方面取得了良好的作用效果。
汽車(chē)中霍爾型節(jié)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(jié)氣門(mén)軸相連，隨著節(jié)氣門(mén)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。若節(jié)氣門(mén)打開(kāi)時(shí)，其附著的磁體將會(huì)處于轉(zhuǎn)動(dòng)的工作狀態(tài)，致使霍爾元件周?chē)拇磐堪l(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生了變化的電壓信號(hào)。在可靠的設(shè)計(jì)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(xiàn)了節(jié)氣門(mén)開(kāi)度測(cè)量�；魻柺焦�(jié)氣門(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(zhǎng)期使用中性能狀況良好、測(cè)量精度高、故障發(fā)生率低、具有可靠的系統(tǒng)輸出信號(hào)，客觀地決定了其在汽車(chē)生產(chǎn)制造中的廣泛使用。
3結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，霍爾效應(yīng)在汽車(chē)傳感器應(yīng)用中取得了良好的作用效果，有利于延長(zhǎng)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(jié)合未來(lái)汽車(chē)行業(yè)的實(shí)際發(fā)展要求，應(yīng)注重強(qiáng)抗干擾性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)的霍爾傳感器的有效使用，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)各系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)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(qiáng)傳感器長(zhǎng)期工作中的性能可靠性。
參考文獻(xiàn)
[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(yīng)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(yīng)用[J].湖南農(nóng)機(jī)，2011，（03）：64-65.
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