霍尔效应在汽车传感器中的应用探讨

　　作为汽车电子控制系统的重要组成构件，传感器工作性能的优化，有利于提高汽车运行时各系统信息采集效率，确保汽车能够处于稳定、高效的运行状态。结合霍尔效应的实际作用，汽车生产制造中加强霍尔传感器的合理使用，有利于降低汽车功耗，减少各种污染源的影响，最大限度地满足汽车行业的各类需求。因此，需要扩大霍尔效应在汽车传感器中的实际应用范围。

　　1霍尔效应的相关内容

　　所谓的霍尔效应，是指垂直于外磁场的电流通过导体时，磁场、电流方向分别与导体垂直的断面将会形成电势差的现象。这种电势差也称为霍尔电压[1]。霍尔原理图如图1所示。

　　结合图1所示的内容，可以对霍尔电压进行计算。具体的计算公式如下：

　　式（1）中，霍尔电压用Vn表示，单位为伏特；穿过导体的电流用I表示，单位为A；垂直于导体的磁感应强度用B表示，单位为T；长方形导体高度用d表示，单位为m，电子电荷量用q表示，单位为C，载流子密度用n表示，单位为个/m2。

　　2霍尔效应在汽车传感器方面的应用分析

　　2.1汽车转速传感器方面的应用

　　结合霍尔传感器的功能特性，可知其输出电压与被测量物体的转速之间各自保持独立性，不存在任何关系。实际工作中通过转换机制的使用可获得脉冲信号。满足实际测量作业的具体要求。间接地扩大了其在汽车转速器方面的实际应用范围。

　　汽车转速传感器测量转速过程中被测转子将会在传感器的作用下引起磁场变化。具体表现在：当被测转子穿过霍尔元件周围的磁场线较为稀疏时，磁场弱；当被测转子穿过磁力线较为集中的区域时，磁场相对较强。结合这种磁力线分布不同而引起磁场变化的原理，可制成性能可靠的霍尔式转速传感器，实现对汽车转速变化的有效测量。霍尔式转速传感器处于正常的工作状态时，其中的磁力线密度将会发生变化，传感器感应元件在这些变化磁力线的作用下将会产生一定大小的霍尔电压，并经过转换得到交变电信号，并在内置电路的作用下逐渐放大信号，最终得到矩形脉冲信号[2]。

　　霍尔式转速器测量依赖于磁场变化。使用中若遇到非铁磁材质设备时，需要在被测元件指定的位置处安装磁铁物质，逐渐改变传感器使用时周围磁场，促使物质的运动状态能够被霍尔转速传感器及时地捕捉到，实现对汽车转速的有效测量。相比光电式转速传感器，霍尔式转速传感器具有这些方面的优势：①转速变化不会影响输出电压；②可以检测到1000km/h汽车发出的信号频率，使用中的频率响应相对较高；③具有良好的抗干扰性能，测量精度高，不会受到各种环境因素的明显干扰。

　　2.2汽车点火系统方面的应用

　　结合汽车点火系统的工作原理，可知其正常运行依赖于霍尔信号发生器。由于其设计过程中主要采用了霍尔原理，则也将这种点火系统称为霍尔式电子点火系统。

　　霍尔信号发生器的工作原理是：当霍尔发生器同时受到直流电流与磁场的作用时，才会使发生器中产生电压信号。在这种信号的作用下汽车系统将会产生点火信号，进而触发点火系统。

　　霍尔发生器的工作原理图如图2所示。转子叶片在永久磁铁与霍尔发生器之间发生动作时，由于此时的磁力线将会被叶片遮挡，致使霍尔元件周围的磁感应强度基本可以忽略不计，不会产生电压；随着转子叶片转动，当其在霍尔发生器与永久磁铁之间发生动作时，此时的磁力线将会在霍尔元件周围发生作用，促使霍尔元件周围的磁感应强度逐渐加大，最终输出了霍尔电压，为汽车点火控制系统的构建提供了参考依据：汽车发动机正常工作时，通过转子叶片的不断转动，将会产生变化的电压信号，并在内部集成电路的作用下得到一定的方波信号。此时的方波信号将作用于点火控制系统，促使系统能够正常地运行。

　　2.3汽车位置传感器方面的应用

　　这种传感器包含的内容丰富，像凸轮轴位置传感器、加速踏板位置传感器等，隶属于汽车位置传感器的范畴。现阶段霍尔位置传感器的实际应用范围正在扩大，在汽车位置测量方面取得了良好的作用效果。

　　汽车中霍尔型节气门位置传感器主要是由磁体与霍尔元件组成的。该传感器正常工作时与节气门轴相连，随着节气门的转动而转动。若节气门打开时，其附着的磁体将会处于转动的工作状态，致使霍尔元件周围的磁通量发生变化，进而产生了变化的电压信号。在可靠的设计方案支持下，可以使霍尔元件磁铁变化中霍尔电压以线性方式逐渐地变化，最终实现了节气门开度测量。霍尔式节气门位置传感器正常工作时主要采用的是无接触方式，成本低，长期使用中性能状况良好、測量精度高、故障发生率低、具有可靠的系统输出信号，客观地决定了其在汽车生产制造中的广泛使用。

　　3结束语

　　综上所述，霍尔效应在汽车传感器应用中取得了良好的作用效果，有利于延长传感器的使用寿命，推动传感器技术的快速发展。同时，结合未来汽车行业的实际发展要求，应注重强抗干扰性、结构简单等优点的霍尔传感器的有效使用，实现汽车各系统组成结构工作性能的不断优化，保持汽车正常使用的高效性，增强传感器长期工作中的性能可靠性。

　　参考文献

　　[1]印友军.基于霍尔原理的非接触式位置传感器的研究与应用[D].上海：上海交通大学，2012：3-5.

　　[2]李闪，周军.霍尔传感器在汽车电子中的应用[J].湖南农机，2011，（03）：64-65.

　　来源：科学与信息化 2016年29期

　　作者：王利锋