运用霍尔传感器的转速测量电路的研制
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的背景 1
1.2选题目的及意义 1
第二章 实验理论基础 3
2.1设计的思路 3
2.2霍尔原理 3
2.3霍尔传感器 6
2.4直流电机 7
2.5 LM2907N芯片 8
2.6数显表 9
第三章 实验电路的设计与制作 11
3.1 设计方框图 11
3.2硬件电路的设计 11
3.3硬件电路的制作 12
结束语 14
致 谢 15
参考文献 16
绪论
1.1课题的背景
直流电机已经发展了多年，有着一定的发展历史，在其发展的过程中，实际运行的时候出现了许多需要我们克服的难题，尤其是其中的机械测速电机，此类电机的缺点越来越明显，最大的缺点就是直流测速电机里面的碳刷会随着使用不断磨损，交流测速发电机里面的轴承同样也会随着使用不断磨损，这样就使得设备维护所需要的工作量大大提高，更严重的是，还会增强设备发生事故的几率。如果机械测速电机需要检修而去更换碳刷和轴承，在这个过程里，直流电机需要被停止运行，再次安装的时候，机械测速电机轴和主电机轴的同轴度也需要相应的调整，这样会使得检修所需的时间大大的加长，将不利于设备的平稳、长期运转。
近几年来，电子电力相关的科学技术发展的速度可谓是日新月异，开发出了许多新型的产品器件，一些原有的器件的性能也不断的被增强，运用电力电子器件制作而成的各式各类电子电力电路运用的范围也变得越来越大。正因为这样，运用电子脉冲测量转速逐渐取代了原来的直
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流电动机机械测速电机已经完全能够具备相对应的有根据的理论基础。例如：运用霍尔效应式、光电式、磁阻式等有关方式都可以用来测量电机的转速。
通过对各种方法的相对比较，并且进行了可行的分析之后，决定把机械测速电机用霍尔传感器来替代。霍尔传感器被十分广泛得运用于转速的测量。利用霍尔效应从而实现磁电之间的相互转换而制作而成的霍尔传感器是一种新型的传感器。霍尔效应从发现之初到现在已经有百年之多的历史，然而真正被运用却是到20世纪40年代后期才开始的，当时半导体工艺开始被不断的改进，人们开始认识到霍尔效应的重要，开始重视霍尔效应并且不断应用。在70年代，我国也开始对霍尔器件进行研究，20多年地不断努力与坚持的开发与研究，终于取得了丰厚的成果，我国在现阶段也能够生产不同功能类型的霍尔器件。霍尔传感器具备许多的优点，例如：在工作的时候它的稳定性强，并且线性度非常好，对于磁场的感应十分敏锐、可以在高于常温的工作下工作等等。
1.2选题目的及意义
生成实践过程中，许多的电子设备都是旋转设备，例如：发动机，机床主轴，卷场机和电动机这些设备等等。有些时候，我们需要对它们进行分时或者是连续的测量并且显示它们的转速或者是瞬间转速，这样才能够更好的对它们进行实验、控制和运转。当我们需要去测量转速的时候，首先我们需要解决的问题是采样。运用模拟技术可以对转速表进行制作，有种方法经常被运用于电机的转速测量，该方法把需要测速的电机的转轴和待测量的轴连接在一起，此时测速的电机的电压高低表示的就是转速的高低。因为在转速测量的时候，不仅仅需要我们能够保证测量转速的精确性，而且也需要我们保证测量转速的实时性，所以说测量转速的意义十分的重要。本次实验的设计包含了各方面的知识在其中，对不同的测试方法运用于传感器的测量转速在其中有着许多相关方面的介绍，在测量系统中能够学到许多的相关知识，比如说测量转速时候遇到的传感器有关的采样方面的问题，频率电压转换器相关的知识也有这许多的介绍，同样的，显示模块方面的内容也十分丰富。
第二章 实验理论基础
2.1设计的思路
本次实验的设计思路十分简单，首先，用一个碳刷直流电机充当旋转设备，并且在其转轴上面装上带有软磁片的小转盘，把他靠近霍尔传感器，当接入电流工作的时候，因为选装，磁场就会跟着发生改变，这个时候霍尔传感器由于磁场改变会生成一个脉冲信号，该信号经过频率电压转换器的转换之后，被转换成电压值，将会在数显表上面显示相应的数值，该数值就是需要测量的转速。
2.2霍尔原理
霍尔效应的解释是，如果把一个载流子放置在磁场里面，而且这个载流子的电流的方向和磁场的反向正好是垂直的，那么就会产生一个新的横向的电场，这个电场和电流还有磁场都是相互垂直的关系。由于对半导体的不断研究，在目前情况下，通过研究，电导率霍尔系数，就可以来研究半导体的物理特性。用上面的研究方法，同样就也能够用霍尔系数以及电导率来测量出半导体材料的许多性能，例如：半导体的导电类型、其中的载流子浓度以及这些载流子的迁移率和另外一些参数。现今情况下，利用霍尔效应，可以测量出研究对象的电学参数，绘画出半导体中载流子的浓度分布图，还能够用来测量半导体材料中的子杂质电离能、禁带宽度。科学技术在发展，电子行业也在不断发展，把半导体材料运用霍尔效应制作成的新型霍尔元器件，已经被广泛的运用于生活中的许多方面。比如说在工厂生产运作的时候，为了提高生产的效率，通常需要生产机器能够进行自动检测、自动控制。霍尔元器件被作为一种敏感的元件，不仅结构简单，而且可靠性十分高，未来将会被应用到更加宽广的领域。
从性质上面来说，霍尔效应就是把带电的粒子放置在磁场中，当它开始运动后，就会受到洛伦兹力影响作用，运动轨迹便会发生变化。在固体材料里面，带电粒子运动的时候会受到束缚，如果运动轨迹发生偏转，那么正电荷和负电荷就会开始累积在和磁场以及电流相垂直的方向上面。这种情况下，就会另外产生出一个横向方向的电场，这个电场就被称作为霍尔电场。在图2.1（a）中，是一个N型的半导体样品，首先，X方向上面，把电极D、E都加上一个电流Is，然后，Z方向上面，加上一个磁场B，这种情况下样品里面的载流子便会受到洛仑兹力：
（2.1）
这个式子里面，B代表的就是磁感应的强度，e代表的是载流子的电量。
不管载流子的电极是正还是负，Fg的方向始终都是按照Y的方向，载流子由于这个力的作用，位移会有所变化，这种情况下，异号的电荷开始积累在A和A´电极的两边，当电荷积累过多后，试样A、A´的两边将会有一个电位差VH，对应的电压VH就是霍尔电压，对应的电场E也就是霍尔电场，A、A´被称作霍尔电极。
图21 霍尔效应原理图
如果一个半导体里面的电子占了多数，那么它就是N型半导体，它的霍尔电场是和Y方向相逆；相反，如果空穴占了多数，那么就是P型的半导体，它的霍尔电场就和Y同向。这就有：
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