燕山大学课程设计说明书目录绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1一、产品简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1二、霍尔式速度传感器结构和测量电路2.1霍尔式传感器工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22.2霍尔式速度传感器测量电路2.2.1完整测量电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32.2.2感应环节⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯42.2.3转换环节⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62.2.4放大环节⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72.2.5整形输出环节⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72.2.6风速推导公式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10三、风杯风速仪的误差及补偿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11四、设计实验（一）霍尔式传感器的交流激励特性⋯⋯⋯⋯⋯12（二）霍尔式传感器测振幅⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14五、结束语⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15参考文献燕山大学课程设计说明书绪论风能是一种清洁、安全、可再生的绿色能源，利用风能对环境无污染，对生态无破坏环保效益和生态效益良好，对于人类社会可持续发展具有重要意义。进入20世纪70年代，在世界范围内爆发的能源危机告诫人们，要生存就要寻找开发新能源。同时风作为一种天气状况也影响着人们的一举一动和出行自由。此外，风这种自然现象也影响着农业畜牧业。因此，各国的对于风速的测量提高了重视。风速测量对于风力发电尤为重要。由于风能具有很高的不确定性，因此，要想很好地控制风能发电，食指跟随风速的变化而获取最大发电功率并降低成本，就必须准确及时的测出风速，并对风机进行相应的控制。目前，世界上风力发电机可利用的风速范围在3~25m/s左右，所以，测速传感器测量风速至少要大于30m/s而风速变化要求传感器反应时间不能大于1s另外还要求其具有低功耗、可维护性好、寿命长等特点。目前测风测风速的方法很多，本位将详细介绍风杯风速仪的原理、技术特点与适用范围。一、产品简介风杯风速仪是一种较常见的测风仪器。风杯风速仪的输入部分一般由3~4个半球形或抛物锥形的空心杯壳组成，杯壳固定在互成120度角的三叉星形支架上或互成90度角的十字星之家的登场旋臂上。杯的凹面顺着同一方向排列，整个横架则固定在能旋转的垂直轴上。由于凹面和凸面所受的风的压力不相等，风杯在受到扭力作用时开始旋转，它的转速与风速呈一定关系。当风杯转动时，通过转盘下面的霍尔式传感器能测出风速。采用风杯风速仪的显著优点包括：（1）成本较低、使用方便，并且基本不需要维护；（2）转速与风速基本上呈线性关系；（3）抗强风能力强。但是该方法也存在不足：（1）存在转动部件，容易产生摩擦，降低精度；（2）沙尘和烟雾也会对其造成腐蚀；（3）由于摩擦的存在，低于启动值的风速将不能驱动风杯进行旋转，1燕山大学课程设计说明书因此，低于启动风俗的微风将无法测量。二、霍尔式速度传感器结构和测量电路2.1霍尔式传感器工作原理霍尔效应：金属半导体薄片置于磁场中，当有电流通过时，在垂直于电流与磁场方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。即霍尔效应是由于导体的电荷在磁场作用下发生偏移引起的。将一块半导体或导体材料，沿Z方向加以磁场B，沿X方向通以工作电流I，则在Y方向产生出电动势Vh，如图1所示，这现象称为霍尔效应。Vh称为霍尔电压。图1霍尔效应原理图假设长、宽、高分别为l、b和d的N型半导体薄片，磁感应强度B的方向垂直于薄片，如图1所示，两个控制电极C、D上外加电压U，薄片中便形成一个沿x方向流动的控制电流I，由于N型半导体导电载流子为电子，在z轴方向的磁场作用下，这些电子将受到沿y轴负方向的洛伦兹力FL作用而向左端面即霍尔电极A所在端面运动，若电子都以均一的速度v运动，那么，在磁场作用下，电子所受的力为FL=qvB。（1）因此左端面由于电子的积累而带负电，右端面及霍尔电极B所在端面因缺少电子而带正电，左右端面形成电场EH,相应的霍2燕山大学课程设计说明书尔电极A、B之间也会形成霍尔电动势UH，该电场使运动中的电子受到反方向的电场力作用，FH为FH=-qEH=-qUH/b（2）当FL+FH=0时，电子积累达到动态平衡，此时霍尔电动势UH为UH=vbB（3）由式（3）可见，霍尔电压的大小决定于载流体中电子的运动速度，它随载流体材料的不同而不同。材料中电...
