磁電式傳感器

磁電式傳感器第1頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容：8.1磁電感應(yīng)式傳感器8.2霍爾式傳感器

8.3

磁敏傳感器

第8章

磁電式傳感器第2頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月概述第8章

磁電式傳感器磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將運(yùn)動(dòng)速度、位移等物理量轉(zhuǎn)換成線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢輸出。工作時(shí)不需要外加電源，可直接將被測物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電量輸出。是典型的有源傳感器。特點(diǎn)：輸出功率大，穩(wěn)定可靠，可簡化二次儀表，但頻率響應(yīng)低。通常在10—100HZ適合作機(jī)械振動(dòng)測量、轉(zhuǎn)速測量。傳感器尺寸大、重。磁電式傳感器機(jī)械能電量第3頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月概述第8章

磁電式傳感器霍爾傳感器屬于磁敏元件，磁敏元件也是基于磁電轉(zhuǎn)換原理，磁敏傳感器是把磁學(xué)物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，磁敏元件得到應(yīng)用和發(fā)展，廣泛用于自動(dòng)控制、信息傳遞、電磁場、生物醫(yī)學(xué)等方面的電磁、壓力、加速度、振動(dòng)測量。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、動(dòng)態(tài)特性好、壽命長。磁敏傳感器磁學(xué)量電信號(hào)第4頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第8章

磁電式傳感器霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速磁電傳感器概述第5頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式）8.1.1工作原理第8章

磁電式傳感器根據(jù)電磁感應(yīng)定律，N匝線圈在磁場中運(yùn)動(dòng)切割磁力線，線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢e。e的大小與穿過線圈的磁通Φ變化率有關(guān)。第6頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式）8.1.2基本特性第8章

磁電式傳感器電壓靈敏度：

由可得；傳感器靈敏度：(常數(shù))電流靈敏度:第7頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式）第8章

磁電式傳感器根據(jù)以上原理有兩種磁電感應(yīng)式傳感器：恒磁通式：磁路系統(tǒng)恒定磁場,運(yùn)動(dòng)部件可以是線圈也可以是磁鐵。變磁通式：線圈、磁鐵靜止不動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)物體引起磁阻、磁通變化。

恒磁通式變磁通式（a）開磁路（b）閉磁路第8頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式）8.1.3磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用第8章

磁電式傳感器電磁式傳感器通常用來做機(jī)械振動(dòng)測量。振動(dòng)傳感器結(jié)構(gòu)大體分兩種：①動(dòng)鋼型（線圈與殼體固定）②動(dòng)圈型（永久磁鐵與殼固定）磁鐵與線圈之間相對運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)速度接近振動(dòng)速度，磁路空氣隙中的線圈切割磁力線，產(chǎn)生于正比振動(dòng)速度的感應(yīng)電動(dòng)勢。第9頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式）8.1.3磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用第8章

磁電式傳感器動(dòng)鋼型動(dòng)圈型第10頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式）8.1.3磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用第8章

磁電式傳感器開磁路閉磁路第11頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式）8.1.3磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用第8章

磁電式傳感器動(dòng)圈式振動(dòng)速度傳感器第12頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式）8.1.3磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用第8章

磁電式傳感器第13頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式）8.1.3磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用第8章

磁電式傳感器信號(hào)輸出送測量電路接入積分電路測量位移；接入微分電路測量加速度。第14頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式）8.1.3磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用第8章

磁電式傳感器積分電路輸出微分電路輸出

第15頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式）8.1.3磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用第8章

磁電式傳感器

磁電式振動(dòng)傳感器的特性：磁電式振動(dòng)傳感器是慣性式傳感器，不需要靜止的基準(zhǔn)參考，可直接裝在被測體上。傳感器是發(fā)電型傳感器，工作時(shí)可不加電壓，直接將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能輸出。速度傳感器的輸出電壓正比于速度信號(hào)，便于直接放大。輸出阻抗低，對后置電路要求低，干擾小。第16頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器__第8章

磁電式傳感器

實(shí)際應(yīng)用中磁敏元件主要用于檢測磁場，而與人們相關(guān)的磁場范圍很寬，一般的磁敏傳感器檢測的最低磁場只能到高斯。磁場強(qiáng)度與磁場源的分布第17頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器第8章

磁電式傳感器測磁的方法：①利用電磁感應(yīng)作用的傳感器（強(qiáng)磁場）如：磁頭、機(jī)電設(shè)備、測轉(zhuǎn)速、磁性標(biāo)定、差動(dòng)變壓器；②利用磁敏電阻、磁敏二極管、霍爾元件；③利用磁作用傳感器，磁針、表頭、繼電器；④利用超導(dǎo)效應(yīng)傳感器，SQVID約瑟夫元件；⑤利用核磁共振的傳感器，有光激型、質(zhì)子型。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，磁敏傳感器正向薄膜化，微型化和集成化方向發(fā)展。第18頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第8章

磁電式傳感器8.2霍爾式傳感器8.2.1霍爾效應(yīng)霍爾傳感器就是基于霍爾效應(yīng)，把一個(gè)導(dǎo)體（半導(dǎo)體薄片）兩端通以控制電流I，在薄片垂直方向施加磁感強(qiáng)度B的磁場，在薄片的另外兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與控制電流I和磁場強(qiáng)度B的乘積成比例的電動(dòng)勢。通電的導(dǎo)體（半導(dǎo)體）放在磁場中，電流I與磁場B方向垂直，在導(dǎo)體另外兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。

第19頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第8章

磁電式傳感器8.2霍爾式傳感器8.2.1霍爾效應(yīng)在磁場中導(dǎo)體自由電子在磁場的作用下做定向運(yùn)動(dòng)。每個(gè)電子受洛侖茲力作用被推向?qū)w的另一側(cè)：霍爾電場霍爾電場作用于電子的力第20頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.1霍爾效應(yīng)第8章

磁電式傳感器當(dāng)兩作用力相等時(shí)電荷不再向兩邊積累，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡：通過（半）導(dǎo)體薄片的電流I與載流子濃度n，電子運(yùn)動(dòng)速度v，薄片橫截面積b*d有關(guān)：霍爾電勢：第21頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.1霍爾效應(yīng)第8章

磁電式傳感器代入后：霍爾常數(shù)與材料有關(guān)霍爾靈敏度與薄片尺寸有關(guān)第22頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.1霍爾效應(yīng)第8章

磁電式傳感器討論：任何材料在一定條件下都能產(chǎn)生霍爾電勢，但不是都可以制造霍爾元件絕緣材料電阻率很大，電子遷移率很小，不適用；金屬材料電子濃度很高，RH很小，UH很小。半導(dǎo)體電子遷移率一般大于空穴的遷移率，所以霍爾元件多采用N型半導(dǎo)體（多電子）。由上式可見，厚度d越小，霍爾靈敏度KH越大，所以霍爾元件做的較薄，通常近似1微米。第23頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.2霍爾傳感器基本電路第8章

磁電式傳感器

霍爾晶體外形矩形薄片有四根引線，兩端加激勵(lì)兩端為輸出；電源E，控制電流I；負(fù)載RL，R可調(diào)保證控制電流，B磁場與元件面垂直（向里）。實(shí)測中可把I*B作輸入，也可把I或B單獨(dú)做輸入。通過霍爾電勢輸出測量結(jié)果。輸出Uo與I或B成正比關(guān)系。第24頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.3霍爾傳感器的誤差及補(bǔ)償(1)不等位電勢第8章

磁電式傳感器當(dāng)霍爾元件通以激勵(lì)電流I時(shí)，若磁場B=0，理論上霍爾電勢UH=0,但實(shí)際UH不等于0，這時(shí)測得的空載電勢稱不等位電勢U0。產(chǎn)生的原因：霍爾引出電極安裝不對稱半導(dǎo)體材料不均勻第25頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.3霍爾傳感器的誤差及補(bǔ)償(1)不等位電勢不等位電勢的補(bǔ)償?shù)?章

磁電式傳感器第26頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.3霍爾傳感器的誤差及補(bǔ)償(2)溫度誤差及補(bǔ)償?shù)?章

磁電式傳感器霍爾元件是半導(dǎo)體元件，它的許多參數(shù)與溫度有關(guān)。當(dāng)溫度T變化時(shí)，載流子濃度n、遷移率μ、電阻率ρ，霍爾系數(shù)RH都會(huì)變化。以下是幾種補(bǔ)償方法：恒流源補(bǔ)償：

由UH=KHIB可見恒流源供電可使UH穩(wěn)定但靈敏度系數(shù)KH=RH/d=ρμ/d也是溫度的函數(shù)：第27頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.3霍爾傳感器的誤差及補(bǔ)償(2)溫度誤差及補(bǔ)償?shù)?章

磁電式傳感器具體補(bǔ)償方法:在霍爾元件上并聯(lián)一Rp分流，當(dāng)T增大時(shí)—Ri增大—UH增大—IH減小—Ip增大—UH下降，Rp自動(dòng)加強(qiáng)分流，使Ip增大—IH下降—UH下降,補(bǔ)償電阻Rp可選擇負(fù)溫度系數(shù).第28頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.4霍爾傳感器的應(yīng)用第8章

磁電式傳感器(1)位移測量(2)測轉(zhuǎn)速(3)計(jì)數(shù)裝置(導(dǎo)磁產(chǎn)品)檢缺口檢齒磁場測量第29頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.4霍爾傳感器的應(yīng)用第8章

磁電式傳感器霍爾元件符號(hào)第30頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.4霍爾傳感器的應(yīng)用第8章

磁電式傳感器霍爾傳感器位移測量原理第31頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.4霍爾傳感器的應(yīng)用第8章

磁電式傳感器霍爾壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理第32頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.4霍爾傳感器的應(yīng)用第8章

磁電式傳感器霍爾元件和磁體運(yùn)動(dòng)方式第33頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.4霍爾傳感器的應(yīng)用第8章

磁電式傳感器霍爾元件測位置霍爾元件測角度第34頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.5霍爾集成傳感器第8章

磁電式傳感器1集成霍爾元件第35頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.5霍爾集成傳感器第8章

磁電式傳感器線性集成電路(測位移、測振動(dòng))第36頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.5霍爾集成傳感器第8章

磁電式傳感器開關(guān)集成器件(測轉(zhuǎn)速、開關(guān)控制、判斷NS極性)B’、B’’形成切換回差,這是位置式作用傳感器的特點(diǎn),作無觸點(diǎn)開關(guān)時(shí)可防止干擾引起的誤動(dòng)作。形成切換回差

第37頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.5霍爾集成傳感器第8章

磁電式傳感器霍爾開關(guān)元件性能演示動(dòng)畫第38頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.5霍爾集成傳感器第8章

磁電式傳感器2應(yīng)用：無觸點(diǎn)開關(guān)第39頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.5霍爾集成傳感器第8章

磁電式傳感器2應(yīng)用：天然氣點(diǎn)火電路第40頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2霍爾式傳感器8.2.5霍爾集成傳感器第8章

磁電式傳感器2應(yīng)用：接口電路第41頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3磁敏傳感器第8章

磁電式傳感器磁敏元件也是基于磁電轉(zhuǎn)換原理,60年代西門子公司研制了第一個(gè)磁敏元件,68年索尼公司研制成磁敏二極管,目前磁敏元件應(yīng)用廣泛。磁敏元件磁敏傳感器主要有：磁敏電阻；磁敏二極管；磁敏三極管；霍爾式磁敏傳感器。第42頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3磁敏傳感器8.3.1磁敏電阻器第8章

磁電式傳感器磁阻效應(yīng)：載流導(dǎo)體置于磁場中,除了產(chǎn)生霍爾效應(yīng)外,導(dǎo)體中載流子因受洛侖茲力作用要發(fā)生偏轉(zhuǎn),載流子運(yùn)動(dòng)方向偏轉(zhuǎn)使電流路徑變化,起到了加大電阻的作用,磁場越強(qiáng)增大電阻的作用越強(qiáng)。外加磁場使導(dǎo)體(半導(dǎo)體)電阻隨磁場增加而增大的現(xiàn)象稱磁阻效應(yīng)。磁阻效應(yīng)表達(dá)式：第43頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3磁敏傳感器8.3.1磁敏電阻器第8章

磁電式傳感器

由于霍爾電場作用會(huì)抵消洛倫茲力,磁阻效應(yīng)被大大減弱,但仍然存在。磁阻元件的電阻與形狀有關(guān)：長方形樣品

扁條狀長形圓盤樣品第44頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3磁敏傳感器8.3.1磁敏電阻器第8章

磁電式傳感器長方形樣品：霍爾電場作用FH,電阻變化很小。扁條狀長形：霍爾電勢EH很小,電流磁場作用偏轉(zhuǎn)厲害，效應(yīng)明顯。圓盤樣品：外加磁場時(shí)，電流以螺旋形路徑指向外電極，路徑增大電阻增加。在圓盤中任何地方都不會(huì)積累電荷也不會(huì)產(chǎn)生霍爾電場。為了消除霍爾電場影響獲得大的磁阻效應(yīng),一般將磁敏電阻制成圓形或長方形。第45頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3磁敏傳感器8.3.1磁敏電阻器第8章

磁電式傳感器

磁敏電阻與霍爾元件屬同一類,都是磁電轉(zhuǎn)換元件,本質(zhì)不同是磁敏電阻沒有判斷極性的能力,只有與輔助材料(磁鐵)并用才具有識(shí)別磁極的能力.

磁敏電阻的輸出特性第46頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3磁敏傳感器8.3.1磁敏電阻器第8章

磁電式傳感器無偏置磁場時(shí),檢測磁場不能判別磁性；外加偏置磁場時(shí)，相當(dāng)在檢測磁場外加了偏置磁場，工作點(diǎn)移到線