霍尔(霍尔传感器)

原来直流电机调速，是靠转子上的换向器和外接碳刷紧密贴紧后，来作为调节转子电流的电流通道，这样电机就可以调速，这种电机俗称为“有刷电机”。
美国物理学家霍尔（英文全名Gus Hall）在研究金属的导电机构时发现了霍尔效应，霍尔效应是磁电效应的一种，霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。这一现象是利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
因而采用电子换向电路代替电刷与换向器的直流无刷电机就应运而生了。这种新型无刷电机称为电子换向式直流电机，无刷直流电机用永磁体制成转子，转子上内置的3个霍尔元件在转动时会实时输出信号来表征转子位置信息，数字控制电路根据不同的电压信号，实现对驱动电路进行选择性导通，使线圈产生激励转子转动的磁力矩，以达到调速的目的。
电子换向电路由两部分组成：转子上的霍尔元件和电机定子上的霍尔传感器来组成。

    “复演说”是由美国心理学家霍尔提出的，他认为不同年龄阶段的儿童以不同的游戏形式在重演着人类祖先的各个发展的特征。人们之所以对某一类游戏感兴趣就是因为它能接触、复活人类根本的情绪。根据复演论的游戏阶段，儿童在本质上会表现出人类的过去的原始的森林体系，然后继而会表现出人类所拥有的更高层次的能力，在霍尔看来游戏在当代是有意义的，但这种意义并不是建立于未来，而是让人类能摆脱过去。

      霍尔具体分析了儿童青少年复演种系发展的过程，胎儿在胎内的发展复演了动物进化的过程（从原声物到人）；而出生后个体的心理发展，则复演了人类进化的过程（从猿到人）。即个体再现祖先的动作和活动，重演人类种族进化的历史，通过游戏的重演，使个体逐步摆脱原始的本能动作，为当代的复杂活动做准备。

    人类进化的过程包括五个阶段:动物阶段、原始阶段、游牧阶段、农业家族制阶段和部落阶段。

    该学说认为，个体的发展只不过是人类种族进化的复演过程。具体地说，个体在出生以前即胎儿期复演了动物进化的过程； 4岁前的婴幼儿期复演了动物到人的进化阶段；4—8岁的儿童期复演了人类从蒙昧向文明过渡的农耕时代，这个时期儿童知觉力非常敏锐，对于危险及诱惑的感觉极少，而诸如道德心，宗教心，同情，爱情及美的享受等理性的东西是十分幼稚的，这正是表现出远古时代人类的特征；12—25岁的青少年期则是复演了人类的浪漫主义时代。       

      霍尔迷恋进化论，认为进化不但说明了人类种系发生发展的原因，而且说明了每一个个体发展的原因。那就是他认为每一个个体一生都在重演人类的所有进化阶段。这就是说：“每个孩子，从开始怀孕的一瞬间到成熟，都在复演人类从其最低级的起点开始所经历的每一个发展阶段，起初非常快，接着便缓慢下来。”在整个胎儿的发展期间，一个单细胞的有机组织发展成一个新生儿，这一新生儿的能力相当于许多在种系发展等级上低于人类的哺乳动物。在童年时期，仍然有冲动，残酷和邪恶的迹象，冲动，残酷和邪恶是人类在早期，不太开化的发展阶段所具有的特征。霍尔认为，如果这些原始的冲动在童年时期没有得到表达，就会被带进成年期。一般说来，霍尔强调研究青春期（他定义为14，15岁到25岁），因为他认为在这一发展阶段，童年期习得的习惯被抛弃，而新的成熟习惯还没有形成。在这一过渡时期，个体被迫依靠本能，因此青春期是研究人类本能结构的大好机会。

      他接受了进化论和复演说的思想，将其运用到个体心理发展的学说上来，他提出了应该把个体心理的发展看作是一系列或多或少复演种系进化历史的理论。他认为，从种系进化史的角度看，在个体生活早期所表现出来的遗传特性比以后表现出来的遗传特性古老，因此后者不如前者稳定和强大。他具体地分析了儿童与青少年复演种系发展的过程，胎儿在胎内的发展复演了动物进化的过程；出生后个体心理的发展，则复演了人类进化的过程。

      儿童期—远古；

      少年期—中世纪

      他指出：凡是我们远祖所遗传的此等特征，富有伟大的动力；我们常可能把这种特征和后来发现的遗传特征显然地区分开来。在这种意义上说，“儿童乃成人之父。”

      他用人类游戏运动与竞技来具体说明他的复演理论。他认为，游戏是人类祖先的运动参观和精神通过遗传而保留至今的机能表现。

      由此运动所引起快感的大小，往往和遗传的时代远近及力量强弱成正比。儿童游戏是祖先运动的复演。

      他认为游戏是人类生物遗传的结果，儿童游戏是重现祖先生物进化的过程，重现祖先进化过程中产生的动作和活动。如孩子喜欢玩水、在地上爬、爬树、打仗等，就是反映了人类从原先的海洋生物渐渐演变为原始的爬行动物，再演变为较高一级的动物猿猴，直至演变成为现在的人类所拥有的不同阶段的动作和活动内容。           

      所以他主张，对儿童青少年的教育，应考虑到个体心理发展复演种系进化的特点，如，对他们多少带有一些野蛮性的本能，应在一定范围内让其自由表现。引导他们：讲古代英雄故事，游览，在野外争斗，嬉戏，而不是关在屋内，静坐读书，这才是教育的本义。

         

参考文献:

【1】:中国心理卫生协会

【2】:《心理学史》赫根汉

【3】:《科技创新导报》

【4】:《中国学前教育百科全书·教育理论卷》

【5】:王小英.儿童游戏的意义.东北师范大学出版社2006

解释　　在导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得导线中的电子与电洞受到不同方向的劳伦兹力而往不同方向上聚集，在聚集起来的电子与电洞之间会产生电场，此一电场将会使后来的电子电洞受到电力作用而平衡掉磁场造成的劳伦兹力，使得后来的电子电洞能顺利通过 霍尔效应不会偏移，此称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。 　　方便起见，假设导体为一个长方体，长度分别为a,b,d，磁场垂直ab平面。电流经过ad，电流I = nqv(ad)，n为电荷密度。设霍尔电压为VH，导体沿霍尔电压方向的电场为VH / a。设磁场强度为B。 　　Fe = Fm 　　qVH / a = qvB 　　VH / a = BI / (nqad) 　　VH = BI / (nqd) 编辑本段相关反应　　量子霍尔效应 　　热霍尔效应：垂直磁场的导体会有温度差。 　　Corbino效应：垂直磁场的薄圆碟会产生一个圆周方向的电流。 　　自旋霍尔效应 编辑本段本质　　固体材料中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。大量的研究揭示：参加材料导电过程的不仅有带负电的电子，还有带正电的空穴。 编辑本段应用　　霍尔效应在应用技术中特别重要。霍尔发现，如果对位于磁场(B)中的导体(d)施加一个电压(Iv)，该磁场的方向垂直于所施加电压的方向，那么则在既与磁场垂直又和所施加电流方向垂直的方向上会产生另一个电压(UH)，人们将这个电压叫做霍尔电压，产生这种现象被称为霍尔效应。好比一条路, 本来大家是均匀的分布在路面上, 往前移动. 当有磁场时, 大家可能会被推到靠路的右边行走. 故路 (导体) 的两侧, 就会产生电压差. 这个就叫“霍尔效应”。根据霍尔效应做成的霍尔器件，就是以磁场为工作媒体，将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出，使之具备传感和开关的功能。 　　讫今为止，已在现代汽车上广泛应用的霍尔器件有：在分电器上作信号传感器、ABS系统中的速度传感器、汽车速度表和里程表、液体物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊断、发动机转速及曲轴角度传感器、各种开关，等等。 　　例如汽车点火系统，设计者将霍尔传感器放在分电器内取代机械断电器，用作点火脉冲发生器。这种霍尔式点火脉冲发生器随着转速变化的磁场在带电的半导体层内产生脉冲电压，控制电控单元（ECU）的初级电流。相对于机械断电器而言，霍尔式点火脉冲发生器无磨损免维护，能够适应恶劣的工作环境，还能精确地控制点火正时，能够较大幅度提高发动机的性能，具有明显的优势。 　　用作汽车开关电路上的功率霍尔电路，具有抑制电磁干扰的作用。许多人都知道，轿车的自动化程度越高，微电子电路越多，就越怕电磁干扰。而在汽车上有许多灯具和电器件，尤其是功率较大的前照灯、空调电机和雨刮器电机在开关时会产生浪涌电流，使机械式开关触点产生电弧，产生较大的电磁干扰信号。采用功率霍尔开关电路可以减小这些现象。 　　霍尔器件通过检测磁场变化，转变为电信号输出，可用于监视和测量汽车各部件运行参数的变化。例如位置、位移、角度、角速度、转速等等，并可将这些变量进行二次变换；可测量压力、质量、液位、流速、流量等。霍尔器件输出量直接与电控单元接口，可实现自动检测。目前的霍尔器件都可承受一定的振动，可在零下40摄氏度到零上150摄氏度范围内工作，全部密封不受水油污染，完全能够适应汽车的恶劣工作环境。

霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。

1、霍尔传感器介绍：霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔于1879年在研究金属的导电机构时发现的。

后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。

2、霍尔传感器用途：霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

扩展资料

霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场。

根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。

参考资料：

霍尔的电压是一个通有电流I的长方体形白金导体垂直于磁力线放入磁感应强度为B的磁场中时，在白金导体的两个横向侧面上就会产生一个垂直于电流方向和磁场方向的电压UH，当取消磁场时，电压立即消失。该电压后来称为霍尔电压，UH与通过白金导体的电流I和磁感应强度B成正比。

霍尔电压公式的推导过程

霍尔电压公式推导是设载流子的电荷量为q，沿电流方向定向运动的平均速率为v，单位体积内自由移动的载流子数为n，垂直电流方向导体板的横向宽度为a，则电流的微观表达式为I=nqadv。

霍尔电压即霍尔效应产生的电压（电势差）。而霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔于1879年在研究金属的导电机构时发现的。当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。

霍尔传感器原理

　　霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。

　　 一、霍尔效应霍尔元件 霍尔传感器

　　(一)霍尔效应

　　如图1所示，在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压，

它们之间的关系为 。

　　其中d 为薄片的厚度，k称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。

　　上述效应称为霍尔效应，它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。

　　(二)霍尔元件

　　根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。

　　(三)霍尔传感器

　　由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。

　　霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，如图2所示，是其中一种型号的外形图。

　　二、霍尔传感器的分类

　　霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。

　　(一)线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。

　　(二)开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。

　　三、霍尔传感器的特性

　　(一)线性型霍尔传感器的特性

　　输出电压与外加磁场强度呈线性关系，如图3所示，可见，在B1～B2的磁感应强度范围内有较好的线性度，磁感应强度超出此范围时则呈现饱和状态。

　　(二)开关型霍尔传感器的特性

　　如图4所示，其中BOP为工作点“开”的磁感应强度，BRP为释放点“关”的磁感应强度。

　　当外加的磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出低电平，当磁感应强度降到动作点Bop以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点BRP时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bop与BRP之间的滞后使开关动作更为可靠。

　　另外还有一种“锁键型”(或称“锁存型”)开关型霍尔传感器，其特性如图5所示。

　　当磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出由高电平跃变为低电平，而在外磁场撤消后，其输出状态保持不变(即锁存状态)，必须施加反向磁感应强度达到BRP时，才能使电平产生变化。

　　四、霍尔传感器的应用

　　按被检测对象的性质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用。前者是直接检测受检对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，这个磁场是被检测的’信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量，例如速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电学量来进行检测和控制。

　　(一)线性型霍尔传感器主要用于一些物理量的测量。例如：

　　1.电流传感器

　　由于通电螺线管内部存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔传感器测量出磁场，从而确定导线中电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。

　　霍尔电流传感器工作原理如图6所示，标准圆环铁芯有一个缺口，将霍尔传感器插入缺口中，圆环上绕有线圈，当电流通过线圈时产生磁场，则霍尔传感器有信号输出。

　　2.位移测量

　　如图7所示，两块永久磁铁同极性相对放置，将线性型霍尔传感器置于中间，其磁感应强度为零，这个点可作为位移的零点，当霍尔传感器在Z轴上作△Z位移时，传感器有一个电压输出，电压大小与位移大小成正比。

　　如果把拉力、压力等参数变成位移，便可测出拉力及压力的大小，如图8所示，是按这一原理制成的力传感器。

　　(二)开关型霍尔传感器主要用于测转数、转速、风速、流速、接近开关、关门告知器、报警器、自动控制电路等。

　　1.测转速或转数

　　如图9所示，，在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，从而可测出转数(计数器)，若接入频率计，便可测出转速。

霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔（E.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机制时发现的。当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差。霍尔效应使用左手定则判断。

虽然这个效应多年前就已经被人们知道并理解，但基于霍尔效应的传感器在材料工艺获得重大进展前并不实用，直到出现了高强度的恒定磁体和工作于小电压输出的信号调节电路。根据设计和配置的不同，霍尔效应传感器可以作为开／关传感器或者线性传感器，广泛应用于电力系统中。