第9章 磁敏式传感器.pptxVIP

传感器技术与应用

2第9章磁敏式传感器9.1磁敏式传感器概述9.2霍尔传感器9.3磁敏电阻传感器

第9章知识目标（1）掌握霍尔效应及其类型划分；（2）理解霍尔传感器的灵敏度和霍尔系数的定义及其意义；（3）掌握开关型、线性型霍尔传感器的输出特性；（4）掌握霍尔传感器的不等位电势的定义及其补偿方法；（5）掌握磁阻效应及其类型划分；（6）掌握磁敏电阻传感器B-R特性。3

第9章能力目标（1）能够准确理解霍尔效应与磁阻效应之间的联系与区别；（2）能够正确选择和应用霍尔传感器和磁敏电阻传感器。4

59.1磁敏式传感器概述磁敏式传感器是指利用各种磁电物理效应（霍尔效应、磁阻效应）或磁电感应原理，将受到振动、位移、转速等非磁电信息影响的磁物理量（感应电动势、磁感应强度、磁通）的变化转换成可用电信号的传感器。制作磁敏式传感器的材料主要有石墨烯、磁性金属材料、半导体材料等。1.基本测量原理

62.类型划分

73.典型应用（1）无刷电动机调速磁敏式传感器对无刷电动机的转速、转子位置、电流等参数进行监测，从而实现无刷电机的自动调速。（2）电力电网监控磁敏式传感器通过检测电力电网中电压与电流等参量的变化，以及变压器、发电机等具体的电力设备的磁场的变化、温度的变化、位置的变化等，对电力电网的运行状态实现监控，辅助电力电网的智能化管理。

8（3）汽车电子磁敏式传感器在汽车电子领域应用广泛：③用于汽车的碰撞保护和安全气囊控制系统，保护人员安全。……①检测发动机的运行状态获得车辆的速度、加速度以及温度等参数。②检测车辆的方向盘角度、车身倾斜角度等参数，获得汽车的位置和姿态，实现汽车自动驾驶和导航等功能。

9②脑磁图仪是利用磁敏式传感器检测脑部神经元兴奋性突触后电位产生的电流形成的生物电磁场以了解大脑的状态。……（4）医学检测①磁控胶囊胃镜机器人利用磁敏式传感器实现对胃镜机器人位置和姿态的精确控制。

109.2霍尔传感器9.2.1霍尔效应指在外加磁场作用下或者在没有外加磁场的情况下，通电的导体或半导体材料在垂直于电流的方向产生电动势的现象。1.霍尔效应定义被广泛应用于微位移、加速度、转速、角度、流量等参量的测量。被用于制作高斯计、钳形交流电流表、功率计、接近开关，以及对金属管道实现漏磁无损检测等。霍尔传感器的工作原理是基于霍尔效应。2.霍尔传感器应用

113.霍尔效应类型划分常规霍尔效应于1879年由美国物理学家约翰·霍尔发现于1881年由美国物理学家约翰·霍尔发现

124.经典霍尔效应简称霍尔效应霍尔效应原理解析图根据洛伦兹力定律，自由电子在洛伦兹力FL作用下（左手定则），向半导体材料的内侧偏转，形成负电荷的积聚，而半导体材料的外侧会留下不能移动的正离子和带正电荷的空穴，形成正电荷的积聚。因此半导体材料的外侧与内侧之间就形成了一个内电场，称为霍尔电场。霍尔效应原理解析:当霍尔电场形成后，半导体材料中的自由电子在受到洛伦兹力FL作用的同时也受到电场力FE的作用，两种力的作用方向相反。直至两力大小相等，霍尔电场处于动态平衡状态。此时霍尔电场对应的电势差称为霍尔电势UH。

135.霍尔灵敏度与霍尔系数以正电荷受到的洛伦兹力方向为正，则单个自由电子受到的洛伦兹力FL求解式:单个电子的电荷量（元电荷）电子定向运动的平均速率单个自由电子受到的电场力FE的求解式：霍尔电场的电场强度霍尔电势半导体材料的宽度，即霍尔电场正、负电极之间的距离

14当N型杂质半导体材料的霍尔电场达到动态平衡状态时：半导体材料内部电子电流微观表达式：

15霍尔灵敏度霍尔灵敏度——反映霍尔元件在单位激励电流和单位磁感应强度作用下产生的霍尔电势的大小。霍尔系数霍尔系数——由霍尔元件材料的性质决定，反映材料霍尔效应的强与弱。结论：霍尔元件通常制作成薄片形状，提高霍尔灵敏度。

166.霍尔电势的求解通式霍尔相位角磁场方向与激励电流方向也可以成任意夹角

179.2.2霍尔元件与霍尔传感器霍尔传感器的核心构成是霍尔元件。霍尔元件是双端输入、双端输出的四端元件。霍尔元件的图形符号形式多样，常见类型：1与1?为激励电极；2与2?为霍尔电极

18霍尔传感器是在霍尔元件的基础上，根据不同功能需要集成了辅助的功能电路，通常比霍尔元件具有更高的测量精度和稳定性。霍尔传感器实物图片示例

199.2.3霍尔传感器输出特性1.开关型霍尔传感器霍尔开关输出信号为开关量，具有无触点，功耗低，使用寿命长，响应频率高等特点。霍尔开关内部构成主要包括霍尔元件、稳压器、差分放大器、施密特触发器、集电极开路输出级等功能电路。根据输出端信号高、低电平切