6-1磁电式传感器.ppt

磁电传感原理： 电磁感应原理 霍尔效应 压磁效应：铁磁性材料受到机械力的作用时，它的内部产生应变，导致导磁率发生变化。 磁致伸缩效应（逆压磁效应）：铁磁体在被外磁场磁化时，其体积和长度将发生变化。 磁阻效应：当载流导体或半导体置于磁场中，其电阻会随磁场而变化。 磁敏二极管、磁敏三极管：在外加磁场强度的变化下，其输出电流发生变化。 6.1 磁电感应式传感器 利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号。 优点：输出功率大，性能稳定，具有一定的工作带宽（10～1000 Hz），所以得到普遍应用。 根据电磁感应定律，当W匝线圈在恒定磁场内运动时，设穿过线圈的磁通为Φ，则线圈内的感应电势e与磁通变化率dΦ/dt有如下关系： 1. 变磁通式磁电传感器 2. 恒磁通式磁电传感器 磁电感应式传感器直接输出感应电势，且传感器通常具有较高的灵敏度，所以一般不需要高增益放大器。但磁电感应式传感器是速度传感器，若要获取被测位移或加速度信号, 则需要配用积分或微分电路。 1. 开关型集成霍尔传感器 开关型集成霍尔传感器是把霍尔元件的输出经过处理后输出一个高电平或低电平的数字信号。 霍尔开关电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差分放大器，施密特触发器和输出级五部分组成。 2. 线性集成霍尔传感器 线性集成霍尔传感器是把霍尔元件与放大线路集成在一起的传感器。其输出电压与外加磁场成线性比例关系。 一般由霍尔元件、差分放大、射极跟随输出及稳压四部分组成。 霍尔线性集成传感器广泛用于位置、力、重量、厚度、速度、磁场、电流等的测量或控制。 6.2.5 霍尔式传感器的典型应用 例6-4 检测磁场 检测磁场是霍尔式传感器最典型的应用之一。将霍尔器件做成各种形式的探头，放在被测磁场中，使磁力线和器件表面垂直，通电后即可输出与被测磁场的磁感应强度成线性正比的电压。 例6-5 霍尔微位移传感器 例6-6 霍尔转速传感器 图6-16 霍尔转速传感器结构 输入轴 输入轴 霍尔传感器 （a） （b） 第六章 磁电式传感器 根据电磁感应定律，当导体在稳恒均匀磁场中，沿垂直磁场方向运动时，导体内产生的感应电势为 ： 式中: B——稳恒均匀磁场的磁感应强度； l——导体有效长度； v—导体相对磁场的运动速度。 6.1.1 磁电感应式传感器工作原理 两种磁电感应式传感器结构： 变磁通式（又称为磁阻式）和恒磁通式 式中: la——每匝线圈平均长度 图6-1 变磁通式磁电传感器结构图 (a) 开磁路； (b) 闭磁路 图6-2 恒定磁通式磁电传感器结构原理图 （a） 动圈式； (b) 动铁式 6.1.2 磁电感应式传感器测量电路 6.1.3 磁电感应式传感器的应用 1-芯轴 2-外壳 3-弹簧片 4-铝支架 5-永久磁铁 6-线圈 7-阻尼环 8-引线 图6-6 动圈式振动速度传感器的结构原理图 图6-7 磁电式扭矩传感器工作原理图 图6-8 磁电式传感器结构图 6.2.1 霍尔效应 图6-9 霍尔效应 EH b l d I fL fE v B 6.2 霍尔传感器 所以，霍尔电压UH可表示为 UH = EH b = vBb 设霍尔元件为N型半导体，当它通电流I时，洛仑兹力 fL = eBv 当霍尔电场力与洛仑兹力相等时，达到动态平衡，这时有 eEH=eBv 故霍尔电场强度为 EH=vB 流过霍尔元件的电流为 I = dQ / dt = nevbd 得： v =I / nebd 所以： UH = IB / ned 若取 RH = 1 / ne 　则 RH被定义为霍尔元件的霍尔系数。显然，霍尔系数由半导体材料的性质决定，它反映材料霍尔效应的强弱。 设 KH即为霍尔元件的灵敏度，它表示一个霍尔元件在单位控制电流和单位磁感应强度时产生的霍尔电压的大小. 单位是mV/（mA·T） 则 材料中电子在电场作用下运动速度的大小常用载流子迁移率来表征，即在单位电场强度作用下，载流子的平均速度值。即 所以 而 比较得 或 6.2.2 霍尔元件的构造及测量电路 霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成。 1. 构 造 霍尔片是一块半导体单晶薄片(一般为4mm×2mm×0.1mm)，它的长度方向两端面上焊有a、b两根引线，通常用红色导线，其焊接处