靜電場(chǎng)測(cè)量霍爾傳感器IC芯片-粵科源興科技

靜電場(chǎng)是科學(xué)領(lǐng)域和工程技術(shù)中一個(gè)非常重要的電學(xué)量，其測(cè)量方法主要包括電學(xué)式測(cè)量和光學(xué)式測(cè)量。電學(xué)式測(cè)量始于 20 世紀(jì) 50 年代，曾有文章報(bào)道過早期一種采用感應(yīng)電荷去感應(yīng)外界電場(chǎng)的空間靜電場(chǎng)測(cè)量法; 還有 1950 年 Malan 和 Schonland 所研制的旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，以及雙球式、火箭式結(jié)構(gòu)。這些靜電場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)都得到了一定程度的應(yīng)用，但其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，探頭體積大，因此只能在大空間內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。到 20世紀(jì) 70 年代，隨著光學(xué)傳感與測(cè)量技術(shù)的迅速發(fā)展，基于 Pockels 效應(yīng)、電光 Kerr 效應(yīng)、電致發(fā)光效應(yīng)原理的光學(xué)式傳感器測(cè)量系統(tǒng)相繼出現(xiàn)并取得很大進(jìn)展。

這類型傳感器特點(diǎn)是絕緣性好、響應(yīng)速度快、安全性高。但是，這些測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易受外界環(huán)境干擾，測(cè)量精度也只能達(dá)到 V /m 的數(shù)量級(jí)，且元件探頭體積也比較大，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)小空間的測(cè)量?；魻栐菓?yīng)用霍爾效應(yīng)原理制成的一種微小、靈敏型傳感器。目前只用于磁場(chǎng)的測(cè)量，用霍爾元件進(jìn)行靜電場(chǎng)的測(cè)量。霍爾元件輸出電壓示數(shù)也會(huì)呈現(xiàn)穩(wěn)定變化趨勢(shì)?；谶@一情況，利用霍爾元件對(duì)靜電場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，得到了霍爾元件輸出電壓測(cè)量讀數(shù)隨靜電場(chǎng)強(qiáng)度的變化特征?；诨魻栐哂畜w積小、成本低、安裝精度高，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可以將其應(yīng)用于靜電場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，將會(huì)帶來很大的應(yīng)用價(jià)值。

圖 1 所示為均勻靜電場(chǎng)發(fā)生及測(cè)量裝置示意 圖。均勻靜電場(chǎng)發(fā)生裝置由一個(gè)高壓電源和兩個(gè)正負(fù)極板組成，其中正負(fù)極板是由長(zhǎng) 200mm，寬100mm，厚 15mm 的鋁板制成，極板間距 35mm，高壓電源是一個(gè)最大可提供 50kV 的 J2410 高壓發(fā)生器，其連續(xù)工作時(shí)間為 3 min; 測(cè)量裝置是由一個(gè)型號(hào)為 UGN3503 的線性霍爾元件及一個(gè)由減法器、放大器組成的放大輸出電路組成，測(cè)量系統(tǒng)由 5V 穩(wěn)壓電源供電。

為了更加方便地讀取霍爾元件測(cè)量值，需要將霍爾元件的輸出信號(hào)電壓通過減法器減去靜態(tài)輸出電壓（ 大致等于電源電壓的 1 /2） 再經(jīng)放大輸出。圖 2 即霍爾元件信號(hào)放大電路圖，圖中 H1 是一個(gè)型號(hào)為 UGN3503 的線性霍爾元件; OP07 運(yùn)算放大器在電路中主要起到了減法器和放大器的作用; 可變電阻 Ｒ2 提供可調(diào)直流電壓，由霍爾元件的輸出電壓信號(hào)減去該直流電壓，最終達(dá)到調(diào)零（ 減掉靜態(tài)輸出電壓） 的目的。經(jīng)過調(diào)零之后的測(cè)量信號(hào)電壓被放大 24 倍后從OP07 運(yùn)算放大器的輸出端輸出，然后用毫伏表讀取輸出電壓值。