其他关键传感器元件

（1）霍尔元件

霍耳元件是利用霍耳效应实现的一种传感元件，霍耳元件具有灵敏度高、线性好、稳定性高、体积小、耐高温等一系列优点，并得到了广泛应用。

图4-23 霍尔元件及霍尔效应原理

如图4-23所示，半导体薄片垂直地处于磁感应强度为B的磁场中，在薄片中通控制电流I（电流方向由a端进入，b端流出），则在薄片两端将产生一个霍尔电势V_H。这种现象称为霍尔效应，其中的半导体薄片称为霍尔元件。

在霍耳元件c、d两端之间建立的电场称为霍尔电场，相应的电势称为霍尔电势V_H为：

V_H=k_HiBsinα （4-19）

式中 k_H——霍尔常数，其值取决于元件的材质、温度和元件尺寸；

B——磁感应强度；

α——电流与磁场方向的夹角。(www.xing528.com)

近年来，随着制造工艺的进步，尤其是硅集成电路制造工艺的应用，霍尔元件的厚度和体积大大减小，同时灵敏度也有较大提高，从而拓宽了霍尔元件的应用范围。

（2）磁阻式传感元件

磁阻式传感元件的工作原理主要基于半导体材料的磁阻效应。磁阻效应与霍尔效应的区别在于，霍尔效应是产生电流方向的电压，而磁阻效应则是沿电流方向电阻的阻值产生变化。磁阻效应与材料的性质及几何形状有关，磁阻效应随着材料迁移率的增加而越加显著；元件的长宽比越小，磁阻效应则越明显。基于磁阻效应的磁阻元件可以用于测量位移、力、加速度等物理量。

图4-24给出了一种用于位移测量的磁阻效应传感器。位于磁场中的磁阻元件相对于磁场发生位移时，磁阻元件的内阻R₁、R₂将发生变化。如果将R₁、R₂接于电桥，则其输出电压与电阻的变化成反比。

图4-24 磁阻效应位移传感器

a）原理图 b）电路原理图

（3）光电转换元件

光电转换元件是利用物质的光电效应，将光量转换为电量的一种器件。应用这种元件检测时，往往先将被测量转换为光量，再通过光电元件转换为电量。前文介绍的光栅组成元件的光敏管就是一种典型的光电编码器。光敏晶体管是利用受光照时载流子增加的半导体光电元件，光敏二极管具有一个PN结，光敏三极管具有两个PN结，如图4-25所示是光敏三极管及其伏安特性曲线。光电转换元件具有很高的灵敏度，并且体积小、重量轻、性能稳定、价格便宜，在工业技术中得到了广泛应用。