集成霍尔传感器的发展
100多年来，霍尔效应的应用经历了三个阶段：
第一阶段是从霍尔效应的发现到20世纪40年代前期。最初，由于金属材料中的电子浓度很大，而霍尔效应十分微弱，所以没有引起人们的重视。这段时期也有人利用霍尔效应制成磁场传感器，但实用价值不大。到了1910年有人用金属铋制成霍尔元件，作为磁场传感器。但是，由于当时未找到更合适的材料，研究处于停顿状态。
第二阶段是从20世纪40年代中期半导体技术出现之后，随着半导体材料、制造工艺和技术的应用，出现了各种半导体霍尔元件，特别是锗的采用推动了霍尔元件的发展，相继出现了采用分立霍尔元件制造的各种磁场传感器、磁罗盘、磁头、电流传感器、非接触开关、接近开关、位置、角度、速度、加速度传感器、压力变送器、无刷直流电机以及各种函数发生器、运算器等， 应用十分广泛。
第三阶段是自20世纪60年代开始，随着集成电路技术的发展，出现了将霍尔半导体元件和相关的信号调节电路集成在一起的霍尔传感器。进入20世纪 80年代，随着大规模超大规模集成电路和微机械加工技术的进展，霍尔元件从平面向三维方向发展，出现了 三端口或四端口固态霍尔传感器，实现了产品的系列化、加工的批量化、体积的微型化。
目前，国内外关于霍尔传感器的研究，主要集中在以下几个方面：
1.新的霍尔效应原理（主要集中在物理学和材料学领域）。德国物理学家冯·克利青(Von.Klitzing)因发现量子霍尔效应而荣获1985年度诺贝尔物理学奖；美籍华裔物理学家崔琦(DanielTsui)、美籍德裔物理学家施特默(H.L.stormer)和美国物理学家劳克林(R.Laughlin),因发现分数量子霍尔效应和对其进行的研究,而荣获1998年度诺贝尔物理学奖。最近，又有韩国科学家报告了等离子霍尔传感器。它由一对等离子放电电极和一对霍尔电压检测电极组成,这些电极密封在充满氖气的压力腔内。该传感器的工作原理是,给放电电极通以一 个交变电场,产生一个连续的交变等离子流,等离子电子漂移方向与氖离子流动方向相反,由于氖离子的质量比电子重105 倍,,因此在电场作用下,等离子电子获得了更大的加速度。实现发现,氖离子漂移速度比电子低103 倍,因此,在霍尔电极之间产生的等离子霍尔电压仅取决于等离子电子的漂移速度,氖离子的速度可忽略。与经典霍尔效应比较,等离子电子的漂移速度是半导体电子漂移速度的10～1000倍,因此等离子霍尔传感器应具有极高的灵敏度,有巨大的发展潜力。
2.新的霍尔元件结构。垂直式霍尔器件是一种最近新发展出来的。这种垂直式霍尔片具有低噪声、低失调和高稳定性的特点。目前根据这种原理国际上开展了许多研究项目。
3.微型化。瑞士联邦技术研究所最新研制的超小型三维霍尔传感器工作面不到300×300um，只有六个管脚。这种器件特别适合用于空间窄小的检测环境，例如电动机中的间隙、磁力轴承以及其他象永磁体扫描等需接近测量表面的场合。
4.高灵敏度。有资料显示，有一种高灵敏度霍尔传感器，它基于霍尔传感器原理，并且集成了磁通集中器。其磁通集中器直接集成在已带有成千霍尔敏感单元的硅片上，再将硅片切割成单个的霍尔探针，最后封装成标准的集成电路芯片。这种集成化的磁通集中器的单元成本只占传感器成本的六分之一，传感器的检测灵敏度却可提高五倍以上。
5. 高集成度。目前，铁磁层的集成技术在磁传感器领域开创了新的研究方向，许多研究人员正致力于这方面的研究，进行中的各种课题包括二维和三维霍尔传感器，磁断续器和磁通门等等。
参考文献：
白韶红.集成霍尔传感器的发展[J].自动化2003,24 (3):1-9
科学巨匠亥姆霍兹
亥姆赫兹是德国生物物理学家、数学家。“能量守恒定律”的创立者。在生理学、光学、电动力学、数学、热力学等领域中均有重大贡献。研究了眼的光学结构，发展了梯·扬格韵色觉理论，即扬格—亥姆霍兹理论；对肌肉活动的研究使他丰富了早些时候朱利叶斯·迈耶和詹姆斯·焦尔的理论，创立了能量守恒学说。
1868年亥姆霍兹研究方向转向物理学，于1871年任柏林大学物理学教授。从1871年开始，亥姆霍兹的研究方向转向物理学。在电磁理论方面，他测出电磁感应的传播速度为314000km/s，由法拉第电解定律推导出电可能是粒子。由于他的一系列讲演，麦克斯韦的电磁理论才真正引起欧洲大陆物理学家的注意，并且导致他的学生赫兹于1887年用实验证实电磁波的存在以及取得一系列重大成果。在热力学研究方面，于1882年发表论文《化学过程的热力学》，他把化学反应中的“束缚能”和“自由能’区别开来，指出前者只能转化为热，后者却可以转化为其他形式的能量。他从克劳修斯的方程，导出了后来称作的吉布斯－亥姆霍兹方程。他还研究了流体力学中的涡流、海浪形成机理和若干气象问题。
在数学中，他研究了黎曼空间的几何、黎曼度量和数学物理中的退化波动方程等课题。他提出的后经李改进了的有关黎曼度量的论断以及李-亥姆霍兹空间问题的重要性在许多自然科学领域中都得到了证实。
亥姆霍兹的一生，研究领域十分广泛，除物理学外，在生理光学和声学、数学、哲学诸方面都作出了重大贡献。他测定了神经脉冲的速度，重新提出托马斯·杨的三原色视觉说研究了音色、听觉和共鸣理论，发明了验目镜、角膜计、立体望远镜。他对黎曼创立的非欧几何学也有研究。曾荣任柏林大学校长（1877）和国家物理工程研究所所长（1888），主张基础理论与应用研究并重。亥姆霍兹不仅对医学、生理学和物理学有重大贡献，而且一直致力于哲学认识论。他确信：世界是物质的，而物质必定守恒。但他企图把一切归结为力，是机械唯物论者，这是当时文化、社会、历史条件的局限性所致。他的成就被国际学术界所承认，1860年被选为伦敦皇家学会会员，并获该会1873年度科普利奖章。1887年，亥姆霍兹任国家科学技术局主席。在该局工作中他也十分重视基础理论研究。1894年9月8日在夏洛滕堡逝世。
亥姆霍兹线圈（Helmholtz coil）是一种制造小范围区域均匀磁场的器件。由于亥姆霍兹线圈具有开敞性质，很容易地可以将其它仪器置入或移出，也可以直接做视觉观察，所以，是物理实验常使用的器件。因德国物理学者赫尔曼·冯·亥姆霍兹而命名。
霍尔传感器的应用
霍尔传感器是全球排名第三的传感器产品，它被广泛应用到工业、汽车业、电脑、手机以及新兴消费电子领域。
未来几年，随着越来越多的汽车电子和工业设计企业转移到中国，霍尔传感器在中国市场的年销售额将保持20%到30%的高速增长。霍尔传感器广泛应用在变频调速装置、逆变装置、UPS电源、通信 电源、电焊机、电力机车、变电站、数控机床、电解电镀、微机监测、电网监测等需要隔离检测电流的设施中以及新兴的太阳能、风能和地铁轨道信号、汽车电子等领域。
与此同时，霍尔传感器的相关技术仍在不断完善中，可编程霍尔传感器、智能化霍尔传感器以及微型霍尔传感器将有更好的市场前景。
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。
上图即是一种典型的霍尔传感器实现定位应用---一个轮上的两个磁铁经过霍尔效应传感器。图示中的轮子，带有两个等距的磁铁，传感器上的电压在一个周期内将两次达到峰值。通常被用于计量车轮和轴的速度，例如在内燃机点火定时（正时）或转速表上。其在无刷直流电动机的使用，用来检测永磁铁的位置。
按被检测的对象的性质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量，例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。
（一）线性型霍尔传感器主要用于一些物理量的测量。
1．电流传感器：
由于通电螺线管内部存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔传感器测量出磁场，从而确定导线中电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。霍尔电流传感器工作原理如图所示：
标准圆环铁芯有一个缺口，将霍尔传感器插入缺口中，圆环上绕有线圈，当电流通过线圈时产生磁场，则霍尔传感器有信号输出。
2．位移测量：
两块永久磁铁同极性相对放置，将线性型霍尔传感器置于中间，其磁感应强度为零，这个点可作为位移的零点，当霍尔传感器在Z轴上作△Z位移时，传感器有一个电压输出，电压大小与位移距离大小成正比。如果把拉力、压力等参数变成位移距离，便可测出拉力及压力的大小，如下图所示，是按这一原理制成的力矩传感器。
（二）开关型霍尔传感器主要用于测转数、转速、风速、流速、接近开关、关门告知器、报警器、自动控制电路等。
1．测转速或转数：
如下图所示：
在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，从而可测出转数（计数器），若接入频率计，便可测出转速。如果把开关型霍尔传感器按预定位置有规律地布置在轨道上，当装在运动车辆上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号的分布可以测出车辆的运动速度。
2．各种实用电路：
开关型霍尔传感器尺寸小、工作电压范围宽，工作可靠，价格便宜，因此获得极为广泛的应用。
如汽车车门状态显示：
这里使用了霍尔传感器，只要再配置一块小永久磁铁就很容易做成车门是否关好的指示器，配置电路示意如下：
三片开关型霍尔传感器分别装在汽车的四个门框上，在车门适当位置各固定一块磁钢，当车门开着时，磁钢远离霍尔开关，输出端为高电平。若四个门中有一个未关好，则或非门输出为低电平，红灯亮，表示还有门未关好，若三个门都关好，则或非门输出为高电平，绿灯亮，表示车门关好，司机可放心开车。
霍尔传感器在中国市场增长率为两位数，在我们的日常生活中，霍尔传感器被广泛应用。例如，在翻盖或是滑盖的手机中，用来检测手机盖翻开或是滑动的器件就是霍尔传感器；再如，在电脑键盘上，实现光标移动的滚动键就是由霍尔传感器组成的；还有，在汽车变速箱、电动门窗等需要电机的部件中也有霍尔传感器应用。我们在每天的生活中都在与霍尔传感器打交道。
霍尔传感器应用的领域不同，因此各个市场对它的要求也不尽相同。手机市场对霍尔传感器的主要要求包括尺寸、功耗和可调节的阈值。在工业和汽车应用方面，霍尔传感器首先要满足工业或汽车认证对器件的要求，例如安全性、稳定性和温度范围要达到相应的级别。
随着这些终端应用产品的不断发展，霍尔传感器也呈现微型化、高集成化、高灵敏度、耐温性发展。
参考资料：
传感器技术，一文读懂霍尔传感器，2020-06-05[2022-04-11]https://www.eet-china.com/mp/a18532.html
给线圈通电后，将传感器探头在大理石台面上某位置旋转360°，发现磁感应强度的数值有何变化？试选取8个点，记录数据并分析原因。
若将两线圈通以相反方向的电流，测量线圈轴线上的磁场，数据跟线圈通以同向电流时，有什么变化？试分析原因。
