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傳感新品

【溫州大學(xué)：研發(fā)MOFs亞納米孔離子選擇性微量移液管傳感器體內(nèi)監(jiān)測(cè)Na+！】

中樞神經(jīng)系統(tǒng)中電信號(hào)和化學(xué)信號(hào)的傳輸對(duì)生物體的生命過程至關(guān)重要。其中，濃度可控的各種離子(Na + 、K + 和Ca 2+ )在維持體內(nèi)平衡和使神經(jīng)元信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)能夠在感知生理刺激時(shí)傳播方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。具有高選擇性的離子動(dòng)力學(xué)的體內(nèi)傳感對(duì)于獲得對(duì)許多生理和病理過程的分子見解至關(guān)重要。

溫州大學(xué)劉楠楠、北京師范大學(xué)毛蘭群和蔣亞楠 報(bào)道了一種離子選擇性微量移液管傳感器(ISMS)，該傳感器通過整合在微量移液器尖端內(nèi)原位合成的功能性冠醚包封的金屬有機(jī)框架(MOFs)。ISMS具有獨(dú)特的鈉離子(Na + )傳導(dǎo)和對(duì)Na + 傳感的高選擇性。選擇性歸因于亞一致空間和18-冠-6對(duì)鉀離子(K + )的特定配位的協(xié)同作用，這在很大程度上增加了K + 通過ISMS的空間位阻和轉(zhuǎn)運(yùn)阻力。ISMS表現(xiàn)出高穩(wěn)定性和敏感性，有助于在抑郁癥事件傳播過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)活體大鼠大腦中的Na + 動(dòng)力學(xué)。

研究要點(diǎn)

要點(diǎn)1. 作者展示了用于選擇性體內(nèi)傳感Na + 的納米流體微量移液管傳感器的報(bào)告。受生物離子通道的啟發(fā)，人工離子選擇性納米流體裝置由含有冠醚(如18-冠-6)的復(fù)合MOFs構(gòu)建，冠醚是在微量移液管尖端通過界面生長策略原位合成。

要點(diǎn)2. 由于18-冠-6對(duì)K+的特定配位，所得到的離子選擇性微量移液管傳感器(ISMS)表現(xiàn)出Na + 對(duì)K + 高度選擇性的離子傳導(dǎo)。還實(shí)現(xiàn)了對(duì)其他種類的一價(jià)和二價(jià)金屬離子的高選擇性。

要點(diǎn)3. 作者發(fā)現(xiàn)Na + 的離子選擇性較少依賴于溶液濃度或pH值，證實(shí)了ISMS的高穩(wěn)定性。這些優(yōu)異的特性使ISMS成為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同生理和病理?xiàng)l件下Na + 動(dòng)力學(xué)的理想平臺(tái)，為開發(fā)用于體內(nèi)分析的智能納米流體傳感器提供了新的機(jī)會(huì)。

鑒于冠醚和MOFs的多樣性，這項(xiàng)研究為體內(nèi)傳感和神經(jīng)形態(tài)電化學(xué)傳感的納米流體平臺(tái)鋪平了道路。

研究圖文

圖1. 18-crown-6@ZIF-8的表征。

圖2. 基于18-crown-6@ZIF-8的微量移液管傳感器的特性和離子選擇性。

圖3. 基于 18-crown-6@ZIF-8的ISMS的離子選擇性。

圖4. 基于18-crown-6@ZIF-8的微量移液管傳感器的穩(wěn)定性。

圖5. ISMS體內(nèi)感應(yīng)Na + 的傳感器性能。

傳感動(dòng)態(tài)

【為萬億之城貢獻(xiàn)“芯”力量！睿創(chuàng)微納助力煙臺(tái)打造百千億級(jí)光電傳感產(chǎn)業(yè)】

2月19日，煙臺(tái)市委、市政府召開全市奮進(jìn)萬億新征程動(dòng)員大會(huì)。會(huì)上，煙臺(tái)睿創(chuàng)微納技術(shù)有限公司常務(wù)副總經(jīng)理、艾睿光電科技有限公司董事長趙芳彥表示，將繼續(xù)保持每年20%左右的研發(fā)投入，每年攻克3一5項(xiàng)卡脖子技術(shù)、培養(yǎng)招引100名重點(diǎn)專業(yè)人才，年銷售保持較高增速，力爭(zhēng)早日產(chǎn)值突破100億元，為建設(shè)環(huán)渤海地區(qū)中心城市和綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展示范城市貢獻(xiàn)睿創(chuàng)“芯”力量。

自2009年，睿創(chuàng)微納通過招商入駐煙臺(tái)，數(shù)年間由籍籍無名成長為科創(chuàng)板上市、行業(yè)領(lǐng)頭羊。下一步，睿創(chuàng)微納致力于拓寬賽道，產(chǎn)業(yè)布局從“單一紅外”拓展到“多維感知”，完成紅外、激光、微波“三大主賽道”的新格局。具體來說，紅外方向?qū)崿F(xiàn)長波、中波、短波三個(gè)重要窗口的全覆蓋，激光方向?qū)崿F(xiàn)激光測(cè)距、激光指示、激光照射、車載激光雷達(dá)四個(gè)方向全覆蓋，微波方向?qū)崿F(xiàn)4D毫米波雷達(dá)、火控雷達(dá)、衛(wèi)星通信用射頻芯片等全覆蓋。同時(shí)，充分發(fā)揮行業(yè)領(lǐng)域技術(shù)優(yōu)勢(shì)和資源優(yōu)勢(shì)，依托煙臺(tái)光電傳感產(chǎn)業(yè)園，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游垂直整合、延鏈聚合。

2035年，產(chǎn)業(yè)園力爭(zhēng)引進(jìn)關(guān)聯(lián)企業(yè)20—30家、培育區(qū)域配套供應(yīng)商30—50家、培育上市公司3家，實(shí)現(xiàn)從芯片到整機(jī)的全產(chǎn)業(yè)鏈貫通，助力煙臺(tái)打造百千億級(jí)光電傳感產(chǎn)業(yè)。

【湖南加快培育智能傳感和網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)綜合性孵育平臺(tái)】

2月19日，湘江科學(xué)城智能傳感和網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)簽約暨揭牌儀式活動(dòng)在長沙舉行。中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院、湖南大學(xué)半導(dǎo)體學(xué)院(集成電路學(xué)院)、高速鐵路建造技術(shù)國家工程研究中心和岳麓高新區(qū)管委會(huì)代表現(xiàn)場(chǎng)簽約，中南大學(xué)智能交通研究中心、長沙半導(dǎo)體技術(shù)與應(yīng)用創(chuàng)新研究院產(chǎn)業(yè)化基地、高速鐵路建造技術(shù)國家工程研究中心產(chǎn)業(yè)化基地現(xiàn)場(chǎng)揭牌，正式落戶湘江科學(xué)城智能傳感與網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)基地。

湘江科學(xué)城智能傳感和網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)基地位于岳麓高新區(qū)，是湖南湘江新區(qū)加快培育智能傳感和網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的綜合性孵育平臺(tái)?；匾?萬平方米科創(chuàng)空間為載體，聚焦成果轉(zhuǎn)化、初創(chuàng)孵育、創(chuàng)新平臺(tái)三類孵育對(duì)象，提供場(chǎng)地支持、資金賦能、技術(shù)對(duì)接、人才服務(wù)、場(chǎng)景支撐等10大科創(chuàng)服務(wù)，以“高校院所+基地+基金+科創(chuàng)服務(wù)”的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)生態(tài)，賦能帶動(dòng)智能傳感和網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)跨越發(fā)展。

中南大學(xué)智能交通研究中心下設(shè)軌道車輛和裝備、軌道交通監(jiān)測(cè)和控制、智能網(wǎng)聯(lián)交通與汽車、智慧物流系統(tǒng)與裝備4個(gè)前沿研究方向，共建科學(xué)研究平臺(tái)、共孵成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目?！敖衲炅?zhēng)完成3個(gè)項(xiàng)目孵化、5個(gè)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化，培育1家科創(chuàng)板上市企業(yè)?！敝心洗髮W(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院院長黃合來介紹，預(yù)計(jì)4年內(nèi)有望形成20余項(xiàng)發(fā)明專利、超過15項(xiàng)產(chǎn)業(yè)孵化項(xiàng)目。

長沙半導(dǎo)體技術(shù)與應(yīng)用創(chuàng)新研究院產(chǎn)業(yè)化基地將構(gòu)建全鏈條服務(wù)體系，形成“半導(dǎo)體材料-器件-芯片-裝備”產(chǎn)業(yè)集群，打造成果轉(zhuǎn)化、企業(yè)孵化、總部辦公一體化創(chuàng)新生態(tài)鏈。高速鐵路建造技術(shù)國家工程研究中心產(chǎn)業(yè)化基地聚焦高速鐵路建造領(lǐng)域應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，推進(jìn)科研項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化落地。

岳麓高新區(qū)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，力爭(zhēng)3至5年，將湘江科學(xué)城智能傳感與網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)基地打造成為國家級(jí)科技企業(yè)孵化器平臺(tái)，推動(dòng)園區(qū)智能傳感與網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)500億元。

【奧比中光董事長在全省高質(zhì)量發(fā)展大會(huì)：擴(kuò)大3D視覺傳感器供給規(guī)?！?/p>

作為深圳科技企業(yè)代表，奧比中光科技集團(tuán)股份有限公司在全省高質(zhì)量發(fā)展大會(huì)期間舉行的產(chǎn)業(yè)科技融合發(fā)展成果展上，展示了高性能3D相機(jī)及六足機(jī)器人等展品。

該公司創(chuàng)始人、董事長兼CEO黃源浩2月19日接受記者采訪時(shí)表示，全省高質(zhì)量發(fā)展大會(huì)為廣東經(jīng)濟(jì)和企業(yè)發(fā)展指明了方向，釋放出聚焦科技創(chuàng)新、發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)和科技互促雙強(qiáng)的強(qiáng)烈信號(hào)，讓人倍感振奮。

當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速演進(jìn)，生成式人工智能等新興技術(shù)不斷涌現(xiàn)，成為重構(gòu)全球競(jìng)爭(zhēng)格局的關(guān)鍵力量。黃源浩表示，公司將發(fā)揮機(jī)器人及AI視覺產(chǎn)業(yè)中臺(tái)能力，進(jìn)一步擴(kuò)大3D視覺傳感器和激光雷達(dá)供給規(guī)模，放大行業(yè)龍頭優(yōu)勢(shì)，全面助力經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。

【霍尼韋爾公布2023年第四季度及全年業(yè)績，并對(duì)2024年業(yè)績進(jìn)行了展望】

霍尼韋爾近日公布了2023年第四季度和全年業(yè)績，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到或超出公司原定的全年指導(dǎo)范圍?；裟犴f爾還同時(shí)發(fā)布了2024年業(yè)績展望，預(yù)期銷售額為381億至389億美元，同比內(nèi)生式增長4%至6%等。

業(yè)績報(bào)告顯示：霍尼韋爾第四季度銷售額為94億美元，同比增長3%，內(nèi)生式銷售額同比增長2%，其中商用航空業(yè)務(wù)的內(nèi)生式銷售額再次實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)增長。營業(yè)利潤率下降了290個(gè)基點(diǎn)至16.8%，部門利潤率增長了60個(gè)基點(diǎn)至23.5%，主要得益于霍尼韋爾特性材料和技術(shù)集團(tuán)以及航空航天集團(tuán)所取得的增長。

霍尼韋爾2023年全年實(shí)現(xiàn)366.62億美元銷售額，同比增長3%，內(nèi)生式銷售額增長4%；營業(yè)收入增長10%，營業(yè)利潤率增長了120個(gè)基點(diǎn)。

“霍尼韋爾再一次展現(xiàn)出強(qiáng)大的韌性，不僅兌現(xiàn)了我們的承諾，還在經(jīng)濟(jì)環(huán)境充滿挑戰(zhàn)的又一年強(qiáng)勢(shì)收官?！被裟犴f爾首席執(zhí)行官柯偉茂表示，“商用航空業(yè)務(wù)連續(xù)第11個(gè)季度實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)增長，引領(lǐng)了內(nèi)生式銷售額的增長?；裟犴f爾企業(yè)智聯(lián)業(yè)務(wù)在本季度也實(shí)現(xiàn)了20%以上的增長。2023年全年資本配置總額為83億美元，再次超過了我們的現(xiàn)金流，而且我們預(yù)計(jì)在明年完成安防解決方案的收購后加快實(shí)施資本部署戰(zhàn)略?！?/p>

柯偉茂還表示：“展望2024年，我們的業(yè)務(wù)組合以自動(dòng)化、未來航空和能源轉(zhuǎn)型三大趨勢(shì)為支撐，有望加速實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入和盈利增長。”

據(jù)悉，霍尼韋爾的未交貨訂單額仍保持在創(chuàng)紀(jì)錄的水平，截至2023年年底增長了8%，達(dá)到318億美元，為公司的業(yè)績展望提供了有力支持。長周期市場(chǎng)依然保持強(qiáng)勁，而短周期市場(chǎng)的復(fù)蘇有望進(jìn)一步提振霍尼韋爾的業(yè)績。

【入門：霍爾效應(yīng)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)】

在各種傳感技術(shù)中，最常用和最廣泛的檢測(cè)磁場(chǎng)的方法是霍爾效應(yīng)法。基于霍爾效應(yīng)，在各種應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)了許多霍爾效應(yīng)傳感器或換能器，它們最常用于感測(cè)接近度、速度、電流和位置。

這是因?yàn)榭梢栽诩呻娐飞蠘?gòu)建霍爾效應(yīng)傳感器，并在同一硅芯片上使用輔助信號(hào)處理電路。由于體積小、堅(jiān)固耐用、易于使用和成本集成等優(yōu)點(diǎn)，霍爾效應(yīng)傳感器是許多磁測(cè)量應(yīng)用的首選。

使用這些霍爾效應(yīng)傳感器的一些應(yīng)用領(lǐng)域包括在工業(yè)控制中用作編碼器、速度傳感器和行程終點(diǎn)傳感器；在計(jì)算機(jī)中用作磁盤驅(qū)動(dòng)器索引傳感器和無刷風(fēng)扇的換向；在汽車中用作防抱死制動(dòng)系統(tǒng) （ABS） 和點(diǎn)火正時(shí)，在消費(fèi)設(shè)備中用作運(yùn)動(dòng)器材等。

關(guān)于霍爾效應(yīng)理論

霍爾效應(yīng)是由Edwin Hall于1879年在約翰霍普金斯大學(xué)通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的。由于當(dāng)時(shí)有儀器可用，由于實(shí)驗(yàn)的微妙性質(zhì)，從材料獲得的電壓極低（以微伏為單位）。因此，在開發(fā)出合適的材料之前，在實(shí)驗(yàn)室之外不可能使用霍爾效應(yīng)。半導(dǎo)體材料的發(fā)展為霍爾效應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用制造了高質(zhì)量的換能器。

霍爾效應(yīng)是指放置在磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)體的相對(duì)邊緣產(chǎn)生電壓。當(dāng)電流通過放置在磁場(chǎng)中的導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體上會(huì)在垂直于磁場(chǎng)和電流的方向上產(chǎn)生電位差，其大小與電流和磁場(chǎng)成正比，這種現(xiàn)象被稱為霍爾效應(yīng)，它是許多磁場(chǎng)測(cè)量儀器和設(shè)備的基礎(chǔ)。

這里考慮一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)置來說明如下所示的霍爾效應(yīng)。導(dǎo)電材料或極板由電池供電，電流（I）流過它。電壓表的一對(duì)探頭連接到板的側(cè)面，使得在沒有磁場(chǎng)的情況下測(cè)量的電壓為零。

當(dāng)向極板上施加磁場(chǎng)使其與電流成直角時(shí)，導(dǎo)體中的電流分布會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小電壓。該力作用在電流上并將電流聚集到導(dǎo)線或?qū)w的一側(cè)，從而在導(dǎo)體上產(chǎn)生電位差。如果磁場(chǎng)的極性反轉(zhuǎn)，則感應(yīng)電壓也會(huì)反轉(zhuǎn)穿過極板。這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)。

霍爾效應(yīng)是基于外部磁場(chǎng)和移動(dòng)電荷載流子之間的相互作用，通過磁場(chǎng)作用在移動(dòng)電子上的側(cè)向力為：F=qvB。

其中B是磁通量密度，v是電子的速度，q是電子電荷。在上圖中，正式由于其中磁場(chǎng)使電荷的運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)。將扁平導(dǎo)電條放置在磁場(chǎng)中，并將導(dǎo)電條的左右兩側(cè)的附加觸點(diǎn)連接到電壓表。

導(dǎo)電條的下端和上端連接到電源，由于磁通量的存在，移動(dòng)的電子在偏轉(zhuǎn)力的作用下向帶的右側(cè)移動(dòng)。這導(dǎo)致右側(cè)比左側(cè)更負(fù)，因此存在電位差。

該電壓稱為霍爾電壓，其大小和方向取決于電流和磁場(chǎng)的大小和方向?；魻栯妷簽橛?jì)算公式為：

VH=HIB sinα

其中H是整體靈敏度系數(shù)，它取決于板材料、溫度及其幾何形狀，α是磁場(chǎng)矢量和霍爾板之間的角度，I是電流密度。

另外，整體靈敏度取決于霍爾系數(shù)，霍爾系數(shù)是每單位電流密度每單位磁場(chǎng)強(qiáng)度的橫向電勢(shì)梯度。因此，霍爾系數(shù)給出為：

H = 1/Ncq、

其中c是光速，N是每單位體積的電子數(shù)。

霍爾效應(yīng)傳感器

如果傳感器使用霍爾效應(yīng)來感知磁場(chǎng)的存在，這種傳感器稱為霍爾效應(yīng)傳感器。磁傳感器的基本元件是霍爾元件，這些傳感器通常封裝在一個(gè)四端子外殼中，其中兩個(gè)端子是控制端子，另外兩個(gè)是差分輸出端子?？刂齐娏魇┘釉诳刂贫俗由希诓罘州敵龆俗佑^察輸出。一個(gè)基本的霍爾效應(yīng)傳感器將磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。磁系統(tǒng)將位置、速度、電流、溫度等物理量轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)，而磁場(chǎng)又可以由霍爾效應(yīng)傳感器感應(yīng)。

霍爾效應(yīng)傳感器由硅材料制成，主要分為兩種類型，即基本傳感器和集成傳感器。有源元件的霍爾系數(shù)和電流密度是制造霍爾效應(yīng)傳感器以產(chǎn)生高輸出電壓時(shí)要考慮的兩個(gè)重要參數(shù)。

因此，高霍爾系數(shù)和低電阻是霍爾元件的兩個(gè)重要要求。用于制造這些傳感器元件的一些材料包括InSb、Ge、InAs和GaAs。

霍爾效應(yīng)集成電路（IC）傳感器

該集成技術(shù)與霍爾效應(yīng)原理相結(jié)合，產(chǎn)生霍爾效應(yīng)IC開關(guān)。與光電或電感傳感器相比，霍爾效應(yīng)IC開關(guān)更有效、成本更低且效率更高。

這種傳感器是一個(gè)單一的集成電路芯片，上面內(nèi)置了信號(hào)放大器、霍爾電壓發(fā)生器和施密特觸發(fā)電路等各種元件。這些IC可檢測(cè)鐵磁材料、永磁體或電磁體在施加偏磁的情況下的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化。

這些IC用于各種應(yīng)用，例如對(duì)準(zhǔn)控制、速度控制、點(diǎn)火系統(tǒng)、機(jī)械限位開關(guān)、機(jī)床、計(jì)算機(jī)、鍵盤、按鈕、安全系統(tǒng)等。

霍爾效應(yīng)IC采用各種配置的硅CMOS技術(shù)制造。上圖顯示了4引腳封裝的霍爾效應(yīng)傳感器IC。在總共4個(gè)引腳中，有2個(gè)引腳連接到恒壓源，另外兩個(gè)連接到電壓表。連接布置電路如下圖所示。當(dāng)沒有磁場(chǎng)時(shí)，測(cè)得的薄板電壓可以忽略不計(jì)。當(dāng)磁場(chǎng)以磁通線與流過霍爾元件的電流成直角的方式施加在偏置霍爾效應(yīng)傳感器上時(shí)，霍爾IC的輸出端會(huì)產(chǎn)生與大小成比例的電壓到磁場(chǎng)強(qiáng)度。

主要類型

霍爾效應(yīng)傳感器需要一個(gè)信號(hào)調(diào)理電路，以使其輸出可用于許多其他應(yīng)用。該信號(hào)條件電路進(jìn)行放大、電壓調(diào)節(jié)、溫度補(bǔ)償、線性等。目前主要有兩種類型的霍爾效應(yīng)傳感器，即模擬霍爾效應(yīng)傳感器和雙極性霍爾效應(yīng)傳感器。

1、模擬霍爾效應(yīng)傳感器

與基本霍爾傳感器相比，模擬霍爾效應(yīng)傳感器在更寬的電壓范圍內(nèi)工作，并且在嘈雜的環(huán)境中也很穩(wěn)定。下圖顯示了模擬輸出霍爾效應(yīng)器件，它產(chǎn)生的模擬電壓與它所暴露的磁場(chǎng)成正比。

放大器具有偏置或固定偏移，因此當(dāng)磁場(chǎng)不存在時(shí)，偏置電壓出現(xiàn)在輸出端，這被認(rèn)為是零電壓?；魻栐幍拇艌?chǎng)可以是正的也可以是負(fù)的。因此，當(dāng)感測(cè)到正磁場(chǎng)時(shí)，輸出電壓增加到高于零值，而當(dāng)感測(cè)到負(fù)磁場(chǎng)時(shí)，輸出降低到零值以下。

使用這些傳感器，輸出電壓在電源施加的限制范圍內(nèi)，因此，在達(dá)到電源限制之前，放大器將開始飽和，如上圖所示。需要注意的是，飽和發(fā)生在放大器中，而不發(fā)生在霍爾元件中，因此較大的磁場(chǎng)不會(huì)對(duì)霍爾效應(yīng)傳感器造成損壞。

此外，這些傳感器相對(duì)于磁場(chǎng)不是很線性，因此它們需要適當(dāng)?shù)男?zhǔn)才能進(jìn)行高精度測(cè)量。與此同時(shí)，通過在差分放大器的輸出端增加推挽晶體管、集電極開路或發(fā)射極開路，增加了器件的接口靈活性。

2、雙極性霍爾效應(yīng)傳感器

這些傳感器的輸出有兩個(gè)極性：開或關(guān)，這些傳感器也稱為數(shù)字輸出霍爾效應(yīng)傳感器。此外，放大器包含具有閾值電平的內(nèi)置滯后的施密特觸發(fā)器。該施密特觸發(fā)器裝置通過將差分放大器輸出與固定基準(zhǔn)進(jìn)行比較，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出。

因此，當(dāng)差分放大器輸出大于參考值或預(yù)設(shè)值時(shí)，施密特觸發(fā)器打開，而低于參考值時(shí)，施密特觸發(fā)器關(guān)閉。

作為磁場(chǎng)函數(shù)的兩電平輸出信號(hào)如下圖所示。在這種情況下，磁滯通過引入死區(qū)消除了可避免的振蕩，在死區(qū)中，在參考值或預(yù)設(shè)值通過后，動(dòng)作被禁用。

主要應(yīng)用

根據(jù)應(yīng)用的不同，霍爾效應(yīng)傳感器有多種配置。這些是非常流行的測(cè)量設(shè)備，用于工業(yè)過程控制、生物醫(yī)學(xué)、汽車、電信、自動(dòng)柜員機(jī)等各種應(yīng)用領(lǐng)域。

霍爾效應(yīng)傳感器被廣泛用作位置傳感器、液位測(cè)量、限位開關(guān)和流量測(cè)量。一些器件基于霍爾效應(yīng)工作，例如霍爾效應(yīng)電流傳感器、霍爾效應(yīng)葉片開關(guān)和霍爾效應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器。其中的一些應(yīng)用如下所述。

1、位置傳感器

霍爾效應(yīng)傳感器用于感測(cè)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，在這種類型的傳感器中，霍爾元件和磁體之間將有一個(gè)嚴(yán)格控制的間隙，具體如下圖所示：

當(dāng)磁體在固定間隙處來回移動(dòng)時(shí)，感應(yīng)磁場(chǎng)將發(fā)生變化。當(dāng)元素接近北極時(shí)，該場(chǎng)將為負(fù)，當(dāng)元素接近南極時(shí)，該磁場(chǎng)將為正。

這些傳感器也稱為接近傳感器，用于精確定位。下圖顯示了四個(gè)數(shù)字輸出雙極傳感器，它們被擰入鋁制外殼并由安裝在桿上的一個(gè)磁鐵驅(qū)動(dòng)。

當(dāng)磁鐵在可接受的尺寸范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)，這些傳感器會(huì)產(chǎn)生信號(hào)。從參考表面開始，這些信號(hào)代表測(cè)量的距離。這種類型的布置也稱為多位置感測(cè)，此類應(yīng)用的最佳示例是檢測(cè)照片處理設(shè)備的各種鏡頭位置。

2、流量測(cè)量

下圖顯示了用于流量測(cè)量的霍爾效應(yīng)傳感器。該腔室設(shè)有流體流入和流出的開口，流體流過這些開口。帶有螺紋軸布置的彈簧加載槳使磁性組件朝向霍爾磁體來回移動(dòng)。

隨著通過腔室的流速增加，彈簧加載的槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋軸。因此，當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁性組件會(huì)向上升高，從而使傳感器通電。當(dāng)流量減少時(shí)，彈簧線圈會(huì)導(dǎo)致磁性組件下降。因此，換能器輸出降低。整個(gè)布置經(jīng)過校準(zhǔn)，使得測(cè)得的電壓和流速之間存在線性關(guān)系。

3、液位測(cè)量

在這種方法中，霍爾效應(yīng)傳感器用于確定浮子的高度，從而測(cè)量罐中的液位。下圖說明了浮子和霍爾效應(yīng)元件在罐中的布置。浮子附有一塊磁鐵，這樣它的驅(qū)動(dòng)就會(huì)改變離霍爾元件遠(yuǎn)近的磁場(chǎng)距離。

隨著液位上升，磁鐵移近傳感器，因此輸出電壓增加，而當(dāng)液位下降時(shí)，該電壓降低。因此，該系統(tǒng)提供了簡(jiǎn)單的液位測(cè)量，無需在罐內(nèi)進(jìn)行任何電氣連接。

4、轉(zhuǎn)速傳感器

轉(zhuǎn)速或RPM感應(yīng)是霍爾效應(yīng)傳感器最常見的應(yīng)用。在速度傳感中，霍爾效應(yīng)傳感器以面向旋轉(zhuǎn)磁鐵的方式固定放置。該旋轉(zhuǎn)磁鐵產(chǎn)生操作傳感器或霍爾元件所需的磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁鐵的排列方式可以不同，這取決于應(yīng)用的便利性。其中一些布置是將單個(gè)磁體安裝在軸或輪轂上或通過使用環(huán)形磁體。霍爾傳感器每次面對(duì)磁鐵時(shí)都會(huì)發(fā)出輸出脈沖。

此外，這些脈沖由處理器控制以確定并顯示RPM中的速度。這些傳感器可以是數(shù)字或線性模擬輸出傳感器。

5、無刷直流電機(jī)傳感器

無刷直流電機(jī)的功率分配由電子換向控制，而不是機(jī)械換向。三個(gè)雙極性霍爾效應(yīng)傳感器放置在定子一端靠近轉(zhuǎn)子磁極面的位置，以執(zhí)行電子換向。為了操作這些傳感器，永磁材料安裝在轉(zhuǎn)子軸上。這些傳感器測(cè)量旋轉(zhuǎn)磁鐵的位置，以便確定何時(shí)應(yīng)將電流施加到電機(jī)線圈的電流上，從而使磁鐵朝正確的方向旋轉(zhuǎn)。霍爾效應(yīng)傳感器感測(cè)到的信息饋送到邏輯電路，該邏輯電路進(jìn)一步編碼該信息并控制驅(qū)動(dòng)電路。這種類型的反饋機(jī)制由霍爾效應(yīng)傳感器提供，用于測(cè)量用于許多BLDC電機(jī)控制應(yīng)用的轉(zhuǎn)子的速度和位置，因?yàn)樗哂懈蟮撵`活性。

6、電流傳感器

霍爾效應(yīng)電流傳感器用于測(cè)量交流和直流電流。通過使用線性模擬霍爾效應(yīng)傳感器，可以測(cè)量從250mA到數(shù)千安培的電流。

這種隔離的模擬輸出電壓被進(jìn)一步數(shù)字化，并且通過添加放大器進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和溫度補(bǔ)償。載流導(dǎo)體始終被磁場(chǎng)包圍，因此在該磁場(chǎng)附近放置線性霍爾效應(yīng)傳感器，然后在傳感器的輸出端產(chǎn)生電壓，如下圖所示。該電壓與導(dǎo)體周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例。

通過將霍爾效應(yīng)傳感器與電磁鐵結(jié)合使用，可以獲得更靈敏、更高效的隔離式電流傳感裝置。這種布置由一個(gè)開槽鐵氧體環(huán)形磁芯和一個(gè)位于間隙中的霍爾效應(yīng) IC傳感器組成。傳感器被磁芯包圍，因此磁芯充當(dāng)通量集中器，因?yàn)樗鼘⒏袘?yīng)磁場(chǎng)聚焦到霍爾元件放置的位置，如下圖所示。

通過改變磁芯上的繞組數(shù)量，該傳感器可以測(cè)量幾安培到幾千安培的電流。霍爾效應(yīng)傳感器的輸出電壓與流過繞組的電流成正比，因此與電流測(cè)量值成正比。

7、溫度或壓力傳感器

霍爾效應(yīng)傳感器也可用作壓力和溫度傳感器，這些傳感器與帶有適當(dāng)磁鐵的壓力偏轉(zhuǎn)膜片結(jié)合在一起，波紋管的磁性組件來回致動(dòng)霍爾效應(yīng)元件。在壓力測(cè)量的情況下，波紋管受到膨脹和收縮。波紋管的變化導(dǎo)致磁性組件移動(dòng)靠近霍爾效應(yīng)元件。因此，產(chǎn)生的輸出電壓與施加的壓力成正比。在溫度測(cè)量的情況下，波紋管組件用具有已知熱膨脹特性的氣體密封。當(dāng)腔室被加熱時(shí)，波紋管內(nèi)的氣體會(huì)膨脹，這會(huì)導(dǎo)致傳感器產(chǎn)生與溫度成比例的電壓。

總結(jié)

通過上文的介紹不難看出，霍爾效應(yīng)傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器，可以廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及信息處理等方面?；魻栃?yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。另外，霍爾效應(yīng)傳感器也是一個(gè)換能器，它將變化的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為輸出電壓的變化?；魻杺鞲衅魇紫仁菍?shí)用于測(cè)量磁場(chǎng)，此外還可測(cè)量產(chǎn)生和影響磁場(chǎng)的物理量，例如被用于接近開關(guān)、位置測(cè)量、轉(zhuǎn)速測(cè)量和電流測(cè)量設(shè)備。

審核編輯 黃宇