静电场测量霍尔传感器IC芯片-粤科源兴科技

静电场是科学领域和工程技术中一个非常重要的电学量，其测量方法主要包括电学式测量和光学式测量。电学式测量始于 20 世纪 50 年代，曾有文章报道过早期一种采用感应电荷去感应外界电场的空间静电场测量法; 还有 1950 年 Malan 和 Schonland 所研制的旋转式结构，以及双球式、火箭式结构。这些静电场测量系统都得到了一定程度的应用，但其系统结构复杂，探头体积大，因此只能在大空间内进行测量。到 20世纪 70 年代，随着光学传感与测量技术的迅速发展，基于 Pockels 效应、电光 Kerr 效应、电致发光效应原理的光学式传感器测量系统相继出现并取得很大进展。

这类型传感器特点是绝缘性好、响应速度快、安全性高。但是，这些测量系统结构复杂，容易受外界环境干扰，测量精度也只能达到 V /m 的数量级，且元件探头体积也比较大，不能实现对小空间的测量。霍尔元件是应用霍尔效应原理制成的一种微小、灵敏型传感器。目前只用于磁场的测量，用霍尔元件进行静电场的测量。霍尔元件输出电压示数也会呈现稳定变化趋势。基于这一情况，利用霍尔元件对静电场进行测量，得到了霍尔元件输出电压测量读数随静电场强度的变化特征。基于霍尔元件具有体积小、成本低、安装精度高，操作简单等优点，可以将其应用于静电场实际测量，将会带来很大的应用价值。

图 1 所示为均匀静电场发生及测量装置示意 图。均匀静电场发生装置由一个高压电源和两个正负极板组成，其中正负极板是由长 200mm，宽100mm，厚 15mm 的铝板制成，极板间距 35mm，高压电源是一个最大可提供 50kV 的 J2410 高压发生器，其连续工作时间为 3 min; 测量装置是由一个型号为 UGN3503 的线性霍尔元件及一个由减法器、放大器组成的放大输出电路组成，测量系统由 5V 稳压电源供电。

为了更加方便地读取霍尔元件测量值，需要将霍尔元件的输出信号电压通过减法器减去静态输出电压（ 大致等于电源电压的 1 /2） 再经放大输出。图 2 即霍尔元件信号放大电路图，图中 H1 是一个型号为 UGN3503 的线性霍尔元件; OP07 运算放大器在电路中主要起到了减法器和放大器的作用; 可变电阻 Ｒ2 提供可调直流电压，由霍尔元件的输出电压信号减去该直流电压，最终达到调零（ 减掉静态输出电压） 的目的。经过调零之后的测量信号电压被放大 24 倍后从OP07 运算放大器的输出端输出，然后用毫伏表读取输出电压值。