基于Ansys软件的霍尔元件分析处理：霍尔效应电流传感器的离子电流测试系统研究

吴慧 刘坤 段虹伶 熊志宏

摘要：随着经济科学技术的发展，霍尔元件正在被越来越多的人研究。通过研究霍尔元件之一的霍尔电流传感器来系统的改善整个系统的功能参数，霍尔电流传感器是研究电流系统的更好方法，它创建了一种电流检测设备，可以利用霍尔效应精确测量电流，并且得到了广泛的应用。通过Ansys对人工神经网络和数据融合技术的分析，提出了霍尔电流传感器。根据它所受因素的影响，采用多种传感器对这个个系统进行分析。分析后发现霍尔元件——霍尔电流传感器的灵敏度提高了。

关键词：霍尔元件;霍尔效应;电流传感器;离子电流测试系统

一、霍尔电流传 感器构成与原理

电流磁场转换器，驱动电源，信号处理电路和霍尔器件是 组成霍尔电流传感器的四个部分。 霍尔电流传感器的工作原理：半导体单晶片一个方向上的 电流施加 I，并且在元件表面垂直于的方向上加具有对应的磁 感应强度为 B 的磁场。在这种情况下，形成了霍尔电场和强度 较高的电场：

式（1）中，B 是霍尔元件的宽度，uh 是电位差，霍尔电 场的出现使电子在磁场力和霍尔电场力的作用下发生后续运 动，得到如下公式：

式（2）中，eBV 是洛伦兹力。如果这两个力是相等的， 电子的积累就可以达到平衡。霍尔效应的原理如下：

式（3）中，RH 表示霍尔常数，RH 的大小反映霍尔效应 的强度。

二、霍尔效应电流传感器离子电流实现方案

（一）方案实现条件分析

在分析离子电流的实现方法中，使用发射光谱和霍尔效 应电流感测系统检测 N2 的发射状态以及两种离子束电流和气 体压力，流速和功率不同的气体。在这种情况下，将参数之一 用作变量以测试离子电流，并通过示例分析离子源系统的相应 电压和电流。

（二） N2 离子源放电诊断

N2 离子源的诊断条件如下：流量 10sccm，功率 300w，气 压 0.1pa，其他条件：1800 BLZ，0.12A N2 离子源发射光谱曲 线。随着离子源效率的提高，阳极电压继续增加，从而更多的 被激发的 N 原子被离子化为 N 离子，并且离子源的阳极电流 将继续增加。基于以上因素，電流传感器测试系统可以在 10 ?400w 离子源工作功率范围内获得更稳定的电流数据。

三、结束语

由于精密仪器的生产和科学技术的发展，工业革命后人们 对高效，便捷设备的要求越来越高，仅考虑宏观的物质变化就 不能满足社会发展的需要。因此，需要对霍尔元件的影响机理 进行深入分析。通过这次分析，基于 Ansys 霍尔元件：霍尔电 流传感器的检测系统可以实现检测结构的同步和离子源阳极 电流的变化。

参考文献：

[1]邹林.基于霍尔效应电流传感器的离子电流测试系统 设计研发[D].大连：大连交通大学，2014.

[2]张郁.一种基于低频补偿的脉冲大电流测试方法研究 [D]南京：南京理工大学，2014.

[3]王祥.基于 BP 神经网络提高霍尔电流传感器测量精 度的研究[D].上海：东华大学，2014.

[4]齐冬梅.霍尔电流传感器及其自动调测系统的设计[D]. 上海：上海交通大学，2009.

作者简介：

吴慧（1998—），女，汉族，湖南衡阳，湖南城市学院机 械与电气工程学院，研究方向：霍尔元件。