靜電場測量霍爾傳感器IC芯片-粵科源興科技

靜電場是科學領域和工程技術中一個非常重要的電學量，其測量方法主要包括電學式測量和光學式測量。電學式測量始于 20 世紀 50 年代，曾有文章報道過早期一種采用感應電荷去感應外界電場的空間靜電場測量法; 還有 1950 年 Malan 和 Schonland 所研制的旋轉式結構，以及雙球式、火箭式結構。這些靜電場測量系統(tǒng)都得到了一定程度的應用，但其系統(tǒng)結構復雜，探頭體積大，因此只能在大空間內(nèi)進行測量。到 20世紀 70 年代，隨著光學傳感與測量技術的迅速發(fā)展，基于 Pockels 效應、電光 Kerr 效應、電致發(fā)光效應原理的光學式傳感器測量系統(tǒng)相繼出現(xiàn)并取得很大進展。

這類型傳感器特點是絕緣性好、響應速度快、安全性高。但是，這些測量系統(tǒng)結構復雜，容易受外界環(huán)境干擾，測量精度也只能達到 V /m 的數(shù)量級，且元件探頭體積也比較大，不能實現(xiàn)對小空間的測量。霍爾元件是應用霍爾效應原理制成的一種微小、靈敏型傳感器。目前只用于磁場的測量，用霍爾元件進行靜電場的測量?；魻栐敵鲭妷菏緮?shù)也會呈現(xiàn)穩(wěn)定變化趨勢?；谶@一情況，利用霍爾元件對靜電場進行測量，得到了霍爾元件輸出電壓測量讀數(shù)隨靜電場強度的變化特征?；诨魻栐哂畜w積小、成本低、安裝精度高，操作簡單等優(yōu)點，可以將其應用于靜電場實際測量，將會帶來很大的應用價值。

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

為了更加方便地讀取霍爾元件測量值，需要將霍爾元件的輸出信號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 即霍爾元件信號放大電路圖，圖中 H1 是一個型號為 UGN3503 的線性霍爾元件; OP07 運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 提供可調直流電壓，由霍爾元件的輸出電壓信號減去該直流電壓，最終達到調零（ 減掉靜態(tài)輸出電壓） 的目的。經(jīng)過調零之后的測量信號電壓被放大 24 倍后從OP07 運算放大器的輸出端輸出，然后用毫伏表讀取輸出電壓值。