基于Ansys軟件的霍爾元件分析處理：霍爾效應(yīng)電流傳感器的離子電流測(cè)試系統(tǒng)研究

吳慧 劉坤 段虹伶 熊志宏

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，霍爾元件正在被越來(lái)越多的人研究。通過(guò)研究霍爾元件之一的霍爾電流傳感器來(lái)系統(tǒng)的改善整個(gè)系統(tǒng)的功能參數(shù)，霍爾電流傳感器是研究電流系統(tǒng)的更好方法，它創(chuàng)建了一種電流檢測(cè)設(shè)備，可以利用霍爾效應(yīng)精確測(cè)量電流，并且得到了廣泛的應(yīng)用。通過(guò)Ansys對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)融合技術(shù)的分析，提出了霍爾電流傳感器。根據(jù)它所受因素的影響，采用多種傳感器對(duì)這個(gè)個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析。分析后發(fā)現(xiàn)霍爾元件——霍爾電流傳感器的靈敏度提高了。

關(guān)鍵詞：霍爾元件;霍爾效應(yīng);電流傳感器;離子電流測(cè)試系統(tǒng)

一、霍爾電流傳 感器構(gòu)成與原理

電流磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動(dòng)電源，信號(hào)處理電路和霍爾器件是 組成霍爾電流傳感器的四個(gè)部分。 霍爾電流傳感器的工作原理：半導(dǎo)體單晶片一個(gè)方向上的 電流施加 I，并且在元件表面垂直于的方向上加具有對(duì)應(yīng)的磁 感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的磁場(chǎng)。在這種情況下，形成了霍爾電場(chǎng)和強(qiáng)度 較高的電場(chǎng)：

式（1）中，B 是霍爾元件的寬度，uh 是電位差，霍爾電 場(chǎng)的出現(xiàn)使電子在磁場(chǎng)力和霍爾電場(chǎng)力的作用下發(fā)生后續(xù)運(yùn) 動(dòng)，得到如下公式：

式（2）中，eBV 是洛倫茲力。如果這兩個(gè)力是相等的， 電子的積累就可以達(dá)到平衡?；魻栃?yīng)的原理如下：

式（3）中，RH 表示霍爾常數(shù)，RH 的大小反映霍爾效應(yīng) 的強(qiáng)度。

二、霍爾效應(yīng)電流傳感器離子電流實(shí)現(xiàn)方案

（一）方案實(shí)現(xiàn)條件分析

在分析離子電流的實(shí)現(xiàn)方法中，使用發(fā)射光譜和霍爾效 應(yīng)電流感測(cè)系統(tǒng)檢測(cè) N2 的發(fā)射狀態(tài)以及兩種離子束電流和氣 體壓力，流速和功率不同的氣體。在這種情況下，將參數(shù)之一 用作變量以測(cè)試離子電流，并通過(guò)示例分析離子源系統(tǒng)的相應(yīng) 電壓和電流。

（二） N2 離子源放電診斷

N2 離子源的診斷條件如下：流量 10sccm，功率 300w，氣 壓 0.1pa，其他條件：1800 BLZ，0.12A N2 離子源發(fā)射光譜曲 線(xiàn)。隨著離子源效率的提高，陽(yáng)極電壓繼續(xù)增加，從而更多的 被激發(fā)的 N 原子被離子化為 N 離子，并且離子源的陽(yáng)極電流 將繼續(xù)增加?；谝陨弦蛩兀娏鱾鞲衅鳒y(cè)試系統(tǒng)可以在 10 ?400w 離子源工作功率范圍內(nèi)獲得更穩(wěn)定的電流數(shù)據(jù)。

三、結(jié)束語(yǔ)

由于精密儀器的生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)革命后人們 對(duì)高效，便捷設(shè)備的要求越來(lái)越高，僅考慮宏觀的物質(zhì)變化就 不能滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展的需要。因此，需要對(duì)霍爾元件的影響機(jī)理 進(jìn)行深入分析。通過(guò)這次分析，基于 Ansys 霍爾元件：霍爾電 流傳感器的檢測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)構(gòu)的同步和離子源陽(yáng)極 電流的變化。

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作者簡(jiǎn)介：

吳慧（1998—），女，漢族，湖南衡陽(yáng)，湖南城市學(xué)院機(jī) 械與電氣工程學(xué)院，研究方向：霍爾元件。