第6章磁電與磁敏式傳感器傳感器原理與應(yīng)用主要內(nèi)容：

6.1磁電感應(yīng)式傳感器

6.2霍爾式傳感器

6.3磁敏元件

傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

電感式傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換成電感量(自感、互感）的變化；

磁電式傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換為磁場變化，引起電動勢輸出變化。磁電感應(yīng)式速度傳感器霍爾開關(guān)基于巨磁電阻效應(yīng)的iGMR傳感器傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，通過檢測磁場的變化將運動的速度、位移、振動等物理量（機械能）轉(zhuǎn)換成線圈中的感應(yīng)電動勢（電量）輸出。是典型的有源傳感器。6.1磁電感應(yīng)式傳感器導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運動時，在導(dǎo)體兩端有感應(yīng)電動勢輸出，磁電感應(yīng)式傳感器工作時不需要外加電源，可直接將被測物體的機械能轉(zhuǎn)換為電量輸出。機械能磁電式傳感器電量6.1.1磁電感應(yīng)式傳感器結(jié)構(gòu)、原理傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器磁電式結(jié)構(gòu)：傳感器由磁鋼、線圈、彈簧、阻尼器和殼體等組成，是典型的一階慣性系統(tǒng).根據(jù)原理有兩種磁電感應(yīng)式傳感器：恒磁通式:恒定磁場，運動部件是線圈也可以是磁鐵。變磁通式:線圈、磁鐵靜止不動，轉(zhuǎn)動物體引起磁阻、磁通變化。恒磁通式（a）開磁路（b）閉磁路變磁通式

傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器動鋼型動圈型恒磁通式測振動恒磁通式傳感器通常用做機械振動測量。振動傳感器結(jié)構(gòu)大體分兩種:①動圈型永久磁鐵與殼固定②動鋼型線圈與殼體固定6.1.1磁電感應(yīng)式傳感器結(jié)構(gòu)、原理第6章

磁電式傳感器傳感器原理及應(yīng)用

動圈式振動速度傳感器磁電式絕對速度計:1—彈簧；2—殼體;

3—阻尼環(huán);

4—磁鋼

;5—線圈;

6—芯軸；固有頻率10—15Hz，ζ=0.5—0.7，上限頻率1k。6.1.1磁電感應(yīng)式傳感器結(jié)構(gòu)、原理第6章

磁電式傳感器傳感器原理及應(yīng)用這種慣性式傳感器，不需要靜止的參考基準(zhǔn)，直接安裝在被測體上，工作時傳感器不需要加電壓;線圈隨被測物體運動，直接將機械能轉(zhuǎn)換為電能輸出，是典型的發(fā)電型（有源）傳感器。1-彈簧片,2-阻尼環(huán)，3-磁鐵，4-鋁支架，5-芯軸,6-線圈，7-殼體,8-引線

動圈式振動速度傳感器6.1.1磁電感應(yīng)式傳感器結(jié)構(gòu)、原理傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

變磁通式又稱為變磁阻式，線圈、磁鐵靜止不動，測轉(zhuǎn)速時,轉(zhuǎn)動物體（齒輪的凹凸）引起磁阻或磁通變化。開磁路閉磁路（a）開磁路（b）閉磁路6.1.1磁電感應(yīng)式傳感器結(jié)構(gòu)、原理傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器根據(jù)電磁感應(yīng)定律，線圈在磁場中運動切割磁力線，線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的大小與穿過線圈磁通變化率有關(guān)。式中：B

磁感應(yīng)強度，N

線圈匝數(shù)，L每匝線圈長度，V運動速度;負(fù)號表示感應(yīng)電動勢e產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反，原磁通增大時感應(yīng)電流磁通方向與原磁通相反，當(dāng)原磁通減小時感應(yīng)電流磁通與原磁通同相，楞次定律說明感應(yīng)電流總是要阻礙原磁通的變化。線圈繞組中的感應(yīng)電勢與磁場強度、線圈的匝數(shù)、圈數(shù)及運動速度有關(guān)，感應(yīng)電動勢可以表示為

6.1.2磁電感應(yīng)式傳感器基本特性第6章

磁電式傳感器6.1.2基本特性傳感器原理及應(yīng)用由可確定

可定義出磁電感應(yīng)式傳感器靈敏度

對于結(jié)構(gòu)確定的磁電式傳感器，輸出正比于振動速度理想輸出特性當(dāng)傳感器的材料尺寸確定后，N、B、l均為常數(shù)6.1.2基本特性

傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器實際輸出特性（靈敏度）是不線性的，偏離的原因：當(dāng)振動速度很小時（υ<υa），慣性力不足以克服傳感器活動部件的靜摩擦力，因此線圈與磁鐵不存在相對運動，因此無輸出；當(dāng)υ＞υa超過υb時，慣性力克服靜摩擦力，有相對運動，但摩擦阻尼使輸出特性非線性；當(dāng)速度超過υb到達υc時慣性太大超過彈性形變范圍，輸出出現(xiàn)飽和；這種傳感器的輸出在很小和很大情況下是非線性的，但實際的工作范圍較大，實用性較強。振動傳感器輸出特性超過彈性形變范圍輸出出現(xiàn)飽和6.1.2基本特性傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

技術(shù)參數(shù)：

靈敏度：20～50mV／mm／Sec±1％（根據(jù)用戶調(diào)整）頻率響應(yīng)（可選）：5～100Hz，10～500Hz，10～1000Hz

固有頻率：約10Hz

振幅極限：2mm（峰-峰值）最大加速度：10gS-ZS型磁電式振動速度傳感器

國產(chǎn)S-ZS型振動速度傳感器，與振動監(jiān)控儀或振動烈度監(jiān)控儀配接后，可以測量各種位移、速度等，用來對機械故障進行預(yù)測和報警。振動速度傳感器主要用于對轉(zhuǎn)速600～6000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)機械的振動烈度進行長期監(jiān)測。振動烈度監(jiān)控儀6.1.3測量電路傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

信號輸出經(jīng)測量電路轉(zhuǎn)換可獲得位移和加速度直接輸出電動勢，測量速度信號；接入積分電路可測量位移信號；接入微分電路可測量加速度信號。磁電傳感器根本上是速度傳感器，磁鐵與線圈之間相對運動時，能量全被彈簧吸收，磁路線圈切割磁力線產(chǎn)生于正比速度的感應(yīng)電動勢，由此輸出可直接獲得速度信號。永久磁鐵與線圈間的相對位移十分接近振動體的絕對位移，相對運動速度就接近振動體的振動速度。6.1.3測量電路傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器位移速度加速度第6章

磁電式傳感器6.1.3測量電路傳感器原理及應(yīng)用

速度經(jīng)時間積分，可測量位移If

CIi

Re=uiu0-+理想運放RC稱積分時間常數(shù)根據(jù)設(shè)電容上初始電壓為零，輸出電壓是輸入電壓對時間積分uitu0t6.1.3測量電路傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

速度經(jīng)微分電路可測量加速度

IfRfIc

Cuiu0-+理想運放因為u0tuit第6章

磁電式傳感器6.1.4應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用1.磁電式扭距傳感器圓盤齒引起磁通量變化，在線圈中感應(yīng)出交流電壓；當(dāng)扭距作用在轉(zhuǎn)軸上時，兩個磁電傳感器輸出的感應(yīng)電壓u1、u2存在相位差，相差與扭距的扭轉(zhuǎn)角成正比，傳感器可以將扭距引起的扭轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成相位差的電信號。轉(zhuǎn)軸測量電路磁電傳感器1磁電傳感器2齒型轉(zhuǎn)盤u1u2uωt信號頻率=轉(zhuǎn)數(shù)×齒數(shù)第6章

磁電式傳感器6.1.4應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用2.磁電式轉(zhuǎn)速傳感器使探頭對準(zhǔn)測速齒輪的中部，調(diào)節(jié)探頭與齒頂?shù)木嚯x為1mm。傳感器輸出信號脈沖的頻率就可以計算出齒輪的轉(zhuǎn)速。

設(shè)齒輪齒數(shù)為N，脈沖頻率為f，轉(zhuǎn)速為：n=f/N

磁電轉(zhuǎn)速傳感器的工作方式工業(yè)現(xiàn)場轉(zhuǎn)速的單位是轉(zhuǎn)/分鐘，所以要再乘以60，才是轉(zhuǎn)速：nz=60×f/N在使用60齒的發(fā)訊齒輪時就可以得到一個簡單的轉(zhuǎn)速公式n=f可用頻率計測量轉(zhuǎn)速。這就是在工業(yè)中轉(zhuǎn)速測量中齒輪多為60齒的原因。第6章

磁電式傳感器6.1.4應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用3.機械振動監(jiān)測機械振動監(jiān)視系統(tǒng)是監(jiān)測飛機在飛行中發(fā)動機振動變化趨勢的系統(tǒng)。磁電式振動傳感器固定在發(fā)動機上，直接感受發(fā)動機的機械振動，并輸出正比于振動速度的電壓信號。因傳感器接收飛機上各種頻率的振動信號，必須經(jīng)濾波電路將其它頻率信號衰減后，才可能準(zhǔn)確測量出發(fā)動機的振動速度。當(dāng)振動量超過規(guī)定值時，發(fā)出報警信號，飛行員可隨時采取緊急措施，避免事故發(fā)生。傳感器濾波放大檢波告警電路告警顯示器υ機械振動監(jiān)視系統(tǒng)原理框圖uωt第6章

磁電式傳感器6.1.4應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用轉(zhuǎn)子底座的振動可采用加速度傳感器和速度傳感器兩種方式進行測量。將帶有磁座的加速度和速度傳感器放置在試驗臺的底座上，將傳感器的輸出經(jīng)變送器接A/D采集通道，輸入到計算機中。加速度和速度傳感器振動測量4.加速度和速度傳感器振動測量6.1.4應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

航空航天發(fā)動機等設(shè)備的振動實驗；兵器，坦克、火炮發(fā)射的振動持續(xù)時間影響第二次發(fā)射；民用，機床、車輛、建筑、橋梁、大壩振動監(jiān)測。工程上可采用頻譜分析識別信號中的周期分量，通過測量的振動信號進行頻譜分析，確定最大幅值的頻率分量，然后找出故障。大型空氣壓縮機傳動裝置故障診斷案例示意圖6.1.4應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器電磁式繼電器6.1.4應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器電磁式繼電器電磁式流量計6.1.4應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器6.1.4應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器電表結(jié)構(gòu)第6章

磁電式傳感器6.1.4應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用磁通計原理傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

磁電式振動傳感器的特點磁電式振動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，適合作機械振動測量、轉(zhuǎn)速測量。磁電式傳感器是發(fā)電型傳感器，工作時可不加電壓，直接將機械能轉(zhuǎn)化為電能輸出。速度傳感器的輸出電壓正比于速度信號便于直接放大。輸出功率大，穩(wěn)定可靠，可簡化二次儀表，但傳感器尺寸大、重，頻率響應(yīng)低，通常在10～100Hz。輸出阻抗低幾十～幾千歐，對后置電路要求低，干擾小。出去活動一下第6章

磁電式傳感器6.2霍爾式傳感器傳感器原理及應(yīng)用隨著半導(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、振動測量。

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?；魻杺鞲衅魇且环N磁敏元件，主要用于磁場檢測6.2霍爾式傳感器傳感器原理及應(yīng)用第6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（強磁場測量）

如：磁頭、機電設(shè)備、測轉(zhuǎn)速、磁性標(biāo)定；②利用磁敏電阻、二極管、霍爾元件測量磁場；③利用超導(dǎo)效應(yīng)傳感器，SQVID約瑟夫元件；④利用核磁共振的傳感器，有光激型、質(zhì)子型。⑤利用磁作用傳感器，磁針、表頭、繼電器。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測到10-6高斯。磁場強度與磁場源的分布名稱工作原理工作范圍主要用途霍爾效應(yīng)器件霍爾效應(yīng)10-7～10T磁場測量，位置速度傳感器，電流、電壓傳感半導(dǎo)體磁敏電阻磁阻效應(yīng)10-3～1T旋轉(zhuǎn)和角度測量磁敏二極管電流的磁場調(diào)制10-6～10T位置、速度、電流、電壓傳感磁敏晶體管集電極（或漏極）電流的磁場調(diào)制10-6～10T位置、速度、電流、電壓傳感載流子疇器件載流子疇磁場調(diào)制10-6～1T磁強計金屬膜磁敏電阻器磁敏電阻的各向異性10-3～10-2T磁讀頭、旋轉(zhuǎn)編碼器巨磁電阻器磁耦合多層膜或自旋閥10-3～10-2T高密度磁讀頭非金屬磁傳感器磁率10-9～10-3T磁讀頭、旋轉(zhuǎn)編碼器巨磁阻抗傳感器巨磁阻抗或巨磁感應(yīng)10-10～10-4T旋轉(zhuǎn)、位置，大電流傳感磁性溫度傳感器居里點變化-50～250℃熱磁開關(guān)，溫度檢測磁致伸縮傳感器磁致伸縮效應(yīng)各種力學(xué)量測量磁電感應(yīng)傳感器法拉第電磁感應(yīng)效應(yīng)10-3～100T磁場測量及位置速度傳感磁通門磁強計材料的B-H飽和特性10-11～10-2T磁場測量核磁共振磁強計核磁共振10-12～10-2T磁場精度測量磁光傳感器法拉第或磁致伸縮效應(yīng)10-10～102T磁場及電流、電壓測量超導(dǎo)量子干涉器件約瑟夫遜效應(yīng)0-14～10-8T生物磁場測量主要磁敏元件及磁場強度分布傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器霍爾傳感器屬于半導(dǎo)體磁敏元件，磁敏元件也是基于磁電轉(zhuǎn)換原理，是把磁學(xué)物理量轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器。特點：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、動態(tài)特性好、壽命長。磁敏傳感器磁學(xué)量電信號6.2霍爾式傳感器傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器6.2霍爾式傳感器霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速霍爾開關(guān)傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器6.2霍爾式傳感器霍爾開關(guān)元件用于手機開關(guān)無觸點開關(guān)利用SII的CMOS技術(shù)和傳感器技術(shù)來檢測「旋轉(zhuǎn)速度」和「旋轉(zhuǎn)方向」

第6章

磁電式傳感器6.2霍爾式傳感器6.2.1霍爾效應(yīng)傳感器原理及應(yīng)用1878年美國物理學(xué)家霍爾首先發(fā)現(xiàn)金屬中的霍爾效應(yīng)，因為太弱沒有得到應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)非常明顯，并且體積小有利于集成化。第6章

磁電式傳感器6.2.1霍爾效應(yīng)傳感器原理及應(yīng)用把一個導(dǎo)體（半導(dǎo)體薄片）兩端通以電流，在垂直方向施加磁感強度B的磁場，在導(dǎo)體薄片的另外兩側(cè)會產(chǎn)生一個與控制電流I和磁場強度B的乘積成比例的電動勢UH

，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。霍爾電動勢與磁場強度B、

電流強度I

有關(guān)霍爾傳感器基于霍爾效應(yīng)磁場強度B的方向改變時霍爾電動勢的電壓極性也隨之改變。第6章

磁電式傳感器6.2.1霍爾效應(yīng)傳感器原理及應(yīng)用在磁場作用下導(dǎo)體中的自由電子做定向運動時每個電子受洛侖茲力作用被推向?qū)w的另一側(cè)：

磁場下導(dǎo)體中的電子運動時，因霍爾電勢產(chǎn)生霍爾電場，其中霍爾電場強度為：并有作用于電子的力：第6章

磁電式傳感器6.2.1霍爾效應(yīng)傳感器原理及應(yīng)用

當(dāng)兩作用力相等時電荷不再向兩邊積累達到動態(tài)平衡：

通過（半）導(dǎo)體薄片的電流I與下列因素有關(guān)：

霍爾電勢為

n—載流子濃度，

v—電子運動速度，bd

—導(dǎo)體薄片橫截面積

，e

—電子電荷量。第6章

磁電式傳感器6.2.1霍爾效應(yīng)傳感器原理及應(yīng)用代入后：與薄片尺寸有關(guān)與材料有關(guān)霍爾靈敏度霍爾常數(shù)式中：ρ—電阻率、n—電子濃度、μ—電子遷移率

μ=υ/E

單位電場強度作用下載流子運動速度。

可見霍爾電勢與電流和磁場強度的乘積成正比6.2.1霍爾效應(yīng)傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器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;金屬材料因電子濃度n很高，RH很小，靈敏度低，UH很小;絕緣材料電阻率ρ很大，但電子遷移率μ很小，不適用；半導(dǎo)體材料電阻率ρ較大，電子遷移率μ適中，非常適于做霍爾元件；半導(dǎo)體中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）;由霍爾靈敏度可見:厚度d越小霍爾靈敏度KH越大，所以霍爾元件通常做的較薄，近似1微米(d≈1μm)，工作電壓很低。

討論6.2霍爾式傳感器6.2.2霍爾傳感器基本電路傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器霍爾元件外形和符號6.2.2霍爾傳感器基本電路傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器霍爾晶體的外形為矩形薄片，有四根引線，兩端加激勵，兩端為輸出，RL為負(fù)載電阻；電源E通過Rp控制激勵電流I；B磁場與元件面垂直（向里）實測中可把I×B

作輸入，也可把I

或B單獨做輸入；通過霍爾電勢輸出測量結(jié)果。

輸出UH與I或B成正比關(guān)系，或與I×B

成正比關(guān)系。6.2.3霍爾傳感器的誤差及補償傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器當(dāng)霍爾元件通以激勵電流I時，若磁場B=0，理論上霍爾電勢UH=0，但實際UH≠0，這時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，不在同一等位面上，或激勵電極接觸不良。半導(dǎo)體材料不均勻，幾何尺寸不均勻，造成電阻率不均勻。(1)不等位電勢6.2.3霍爾傳感器的誤差及補償傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

不等位電勢的補償分析不等位電勢時可把霍爾元件等效為一個電橋不等位電壓相當(dāng)于橋路初始有不平衡輸出，U0≠0，可在電阻大的橋臂上并聯(lián)電阻。不等位電勢可表示為

U0=r0IH,

r0為不等位電阻6.2.3霍爾傳感器的誤差及補償傳感器原理及應(yīng)用第6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)溫度變化時，載流子濃度n、遷移率μ、電阻率ρ，霍爾系數(shù)RH都會變化。(2)溫度誤差及補償靈敏度與溫度系數(shù)關(guān)系

恒流源補償：

由UH=KHIB

可見，恒流源I

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)，溫度T變化時，靈敏度KH也變化。6.2.3霍爾傳感器的誤差及補償傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

恒流源補償方法:在霍爾元件上并聯(lián)一分流電阻RpIHRIN當(dāng)TIPUH由于恒流源電流I不變，Rp自動增加分流，使Ip增大，IH

下降，UH下降；補償電阻Rp可選擇負(fù)溫度系數(shù).IHRPTIPUHKH=RH/d=ρμ/d多數(shù)霍爾器件是正溫度系數(shù)，TKH

，可通過減小

I

保持

KH×I

不變，抵消溫度造成KH增加的影響。6.2霍爾式傳感器6.2.4霍爾傳感器的應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

位移測量；測轉(zhuǎn)速；測磁場；計數(shù)裝置(導(dǎo)磁產(chǎn)品)檢缺口檢齒霍爾元件磁鐵只要黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的表面存在缺口或突起，就可產(chǎn)生磁場強度的脈動，從而引起霍爾電勢的變化，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號。

1.測轉(zhuǎn)速6.2.4霍爾傳感器的應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器2.霍爾傳感器位移測量原理在結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)位移測量線性好6.2.4霍爾傳感器的應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器3.霍爾壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理6.2.4霍爾傳感器的應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器4.霍爾電流傳感器將被測電流的導(dǎo)線穿過霍爾電流傳感器的檢測孔。當(dāng)有電流通過導(dǎo)線時，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生磁場，磁力線集中在鐵心內(nèi)，并在鐵心的缺口處穿過霍爾元件，從而產(chǎn)生與電流成正比的霍爾電壓。傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器6.2.4霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾元件磁集束器導(dǎo)線電流IX鉗口鐵心6.2.4霍爾傳感器的應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器霍爾元件的磁感應(yīng)強度Ｂ與導(dǎo)線電流成正比，B∝IX，可求出測量電路的霍爾輸出電勢，輸出電勢與導(dǎo)線電流成正比。

ＫＨ

霍爾元件靈敏度；KB

為比例系數(shù)；

ＩC

控制電流,ＩX為導(dǎo)線電流；

KHＩcKB

為一定值；環(huán)形磁集束器作用是將載流導(dǎo)體中被測電流產(chǎn)生的磁場集中到霍爾元件上，以提高靈敏度。霍爾元件磁集束器導(dǎo)線電流IX鉗口ＵH=KHICB=KHICKBIX6.2.4霍爾傳感器的應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器壓舌豁口霍爾電流傳感器演示鐵心

線性霍爾IC

UH=KHIXB

II霍爾電流傳感器直流電流傳感器霍爾鉗形電流表演示直流200A量程被測電流的導(dǎo)線未放入鐵心時；示值為零70.9A霍爾鉗形電流表演示70.9A鉗形表的環(huán)形鐵心可以張開，導(dǎo)線由此穿過霍爾鉗形電流表的使用被測電流的導(dǎo)線從此處穿入鉗形表的環(huán)形鐵心

手指按下此處，將鉗形表的鐵心張開在電廠、變電站，可將被測電流導(dǎo)線逐根夾到鉗形表的環(huán)形鐵心中霍爾鉗形電流表的使用叉形鉗形表漏磁稍大但使用方便用鉗形表測量電動機的相電流

霍爾傳感器用于測量磁場強度

霍爾元件測量鐵心氣隙的B值普通直流電機通常使用電刷和換向器；普通直流電動機使用的電刷和換向器傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

由于無刷電動機不產(chǎn)生電

火花及電刷磨損等問題；所以它在錄像機、CD唱機、光驅(qū)等家用電器中得到越來越廣泛的應(yīng)用。6.2.4霍爾傳感器的應(yīng)用

5.霍爾式無刷電動機

傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器霍爾式無刷電動機取消了換向器和電刷，采用霍爾元件來檢測轉(zhuǎn)子和定子之間的相對位置；三個霍爾位置傳感器產(chǎn)生六個狀態(tài)編碼信號，控制逆變橋各功率管通斷；三相內(nèi)定子線圈與外轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，具有效率高、無火花、可靠性強等特點。

5.霍爾式無刷電動機

無刷電動機在電動自行車上的應(yīng)用

霍爾輸出信號經(jīng)放大、整形后觸發(fā)電子線路，從而控制電樞電流的換向，維持電動機的正常運轉(zhuǎn)。無刷直流電動機的外轉(zhuǎn)子采用高性能釹鐵硼稀土永磁材料.電瓶車無刷電動機

5.霍爾式無刷電動機

電動自行車的無刷電動機及控制電路去速度控制器利用脈寬調(diào)制技術(shù)

（PWM）調(diào)速光驅(qū)用的無刷

電動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)脈寬調(diào)制

霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速在被測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個齒盤，也可選取機械系統(tǒng)中的一個齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤。齒盤的轉(zhuǎn)動使磁路的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉(zhuǎn)速。線性霍爾元件SN磁鐵霍爾元件輸出波形

UH=KH

IB

n（轉(zhuǎn)速）=60×f/齒數(shù)齒輪汽車轉(zhuǎn)速測量??實時典型信號的相關(guān)分析輸出信號整形濾波顯示霍爾轉(zhuǎn)速表原理

當(dāng)齒對準(zhǔn)霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動勢，放大、整形后輸出高電平；反之，當(dāng)齒輪的空擋對準(zhǔn)霍爾元件時，輸出為低電平。??霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死裝置（ABS）中的應(yīng)用

若汽車在剎車時車輪被抱死，將產(chǎn)生危險。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來檢測車輪的轉(zhuǎn)動狀態(tài)有助于控制剎車力的大小。帶有微型磁鐵的霍爾傳感器鋼質(zhì)霍爾傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

計數(shù)電路利用霍爾元件實現(xiàn)的編碼計數(shù)典型電路。（晶體管、集成電路）;隨磁鼓上永久磁體的極性（N、S）變化，霍爾元件c、d端輸出電壓的極性（正、負(fù)）也發(fā)生變化，通過整形輸出，獲得近似矩形的脈沖信號。根據(jù)磁鼓上永久磁體數(shù)量多少，可獲得磁鼓旋轉(zhuǎn)一周的脈沖數(shù)目，從而進行與旋轉(zhuǎn)有關(guān)的參數(shù)測量和控制。如開關(guān)設(shè)備?；魻杺鞲衅鏖_關(guān)電路傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器磁極位置決定開關(guān)位置6.2.5霍爾集成傳感器傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器1.線性霍爾集成電路(測位移、測振動、測量磁場大小)

輸出電壓在一定范圍與磁感應(yīng)強度B成線性關(guān)系，四端輸出

霍爾集成IC電路可分為：

線性型、開關(guān)型兩種6.2.5霍爾集成傳感器傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器2.開關(guān)型集成器件(測轉(zhuǎn)速、開關(guān)控制、判斷N—S極性)

輸出H—L兩種狀態(tài)，高低電平轉(zhuǎn)換的磁場強度B不同，

B’、B’’形成切換回差，這是位置式作用傳感器的特點,

作無觸點開關(guān)時可防止干擾引起的誤動作。

開關(guān)型有常開、常閉型兩種6.2.5霍爾集成傳感器傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器TTLCOMSLED3.應(yīng)用

集成霍爾元件及接口電路霍爾開關(guān)元件性能演示集成霍爾元件封裝形式輸出端集電極（漏極）開路6.2.5霍爾集成傳感器傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器霍爾元件作無觸點開關(guān)6.2.5霍爾集成傳感器傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器霍爾元件和磁體運動方式6.2.5霍爾集成傳感器傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

霍爾元件測位置霍爾元件測角度6.2.5霍爾集成傳感器傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

霍爾計數(shù)裝置NS霍爾元件鋼珠絕緣傳送帶磁鋼信號輸出+VCCC22μVT11KSN計數(shù)器LM741SL3051+12V470K470K1K10K傳感器可輸出峰值20mV脈沖電壓傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

天然氣點火電路（無觸點開關(guān)）磁鋼遠(yuǎn)離霍爾元件時VT1導(dǎo)通，高壓無輸出傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器工位定位使用霍爾傳感器進行定位，霍爾傳感器在檢測到磁鋼經(jīng)過傳感器探頭時，磁場的變化會使傳感器輸出脈沖信號。利用霍爾傳感器的這一特性，我們將磁鋼安裝在自動化生產(chǎn)流水線某幾個特定的鏈板上，這樣，當(dāng)這些安裝有磁鋼的鏈板經(jīng)過傳感器探頭時，傳感器就會“認(rèn)出”這些鏈板。

霍爾式接近開關(guān)

當(dāng)磁鐵的有效磁極接近、并達到動作距離時，霍爾式接近開關(guān)動作?；魻柦咏_關(guān)一般配一塊釹鐵硼磁鐵。傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器霍爾式汽車點火裝置霍爾式無觸點汽車電子點火裝置

采用霍爾式無觸點電子點火裝置，能較好地克服汽車合金觸點點火時間不準(zhǔn)確、觸點易燒壞、高速時動力不足等缺點。

汽車點火線圈高壓輸出接頭12V低壓電源輸入接頭霍爾式無觸點汽車電子點火裝置工作原理

1-觸發(fā)器葉片

2-槽口

3-分電器轉(zhuǎn)軸

4-永久磁鐵

5-霍爾集成電路（PNP型霍爾IC）

a）帶缺口的觸發(fā)器葉片

b）觸發(fā)器葉片與永久磁鐵及霍爾集成電路之間的安裝關(guān)系c）葉片位置與點火正時的關(guān)系

桑塔納汽車霍爾式分電器示意圖

霍爾式無觸點汽車電子點火裝置工作原理

當(dāng)葉片遮擋在霍爾IC面前時，PNP型霍爾IC的輸出為低電平，晶體管功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，點火線圈低壓側(cè)有較大電流通過，并以磁場能量的形式儲存在點火線圈的鐵心中。

特點：采用霍爾式無觸點電子點火裝置可避免金屬觸點的缺陷，無磨損、點火時間準(zhǔn)確、高速時動力足。霍爾式無觸點汽車電子點火裝置當(dāng)葉片對準(zhǔn)槽口轉(zhuǎn)到霍爾IC面前時，霍爾IC輸出跳變?yōu)楦唠娖剑?jīng)反相變?yōu)榈碗娖?，使功率輸出的達林頓管截止，切斷點火線圈的低壓側(cè)電流。由于沒有續(xù)流元件，所以存儲在點火線圈鐵心中的磁場能量在高壓側(cè)感應(yīng)出30~50KV的高電壓。

汽車電子點火電路及波形

1—點火開關(guān)2—達林頓晶體管功率開關(guān)3—點火線圈低壓側(cè)4—點火線圈鐵心5—點火線圈高壓側(cè)

6—分火頭

7—火花塞

a）電路

b）霍爾IC及點火線圈高壓側(cè)輸出波形

汽車電子點火電路及波形汽車電子點火裝置使用的點火控制器、霍爾傳感器及點火總成磁鐵點火總成傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

霍爾式接近開關(guān)

接近式滑過式

霍爾式接近開關(guān)

用霍爾IC也能完成接近開關(guān)的功能，但是它只能用于鐵磁材料的檢測，并且還需要建立一個較強的閉合磁場。在右圖中，當(dāng)磁鐵隨運動部件移動到距霍爾接近開關(guān)幾毫米時，霍爾IC的輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?；?jīng)驅(qū)動電路使繼電器吸合或釋放，控制運動部件停止移動（否則將撞壞霍爾IC）起到限位的作用。

傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

霍爾式接近開關(guān)用于轉(zhuǎn)速測量n=60f4(r/min)軟鐵分流翼片

開關(guān)型霍爾IC

T

霍爾特斯拉計霍爾元件

霍爾高斯計（特斯拉計）的使用

霍爾元件磁鐵6.3磁敏元件傳感器原理及應(yīng)用第6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磁敏元件（霍爾元件）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：霍爾式磁敏傳感器；磁敏電阻器；磁敏二極管；磁敏三極管。6.3.1磁敏電阻傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器載流導(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)，磁場使載流子運動方向的偏轉(zhuǎn)使電流路徑變化，起到了加大電阻的作用，磁場越強增大電阻的作用越強。ρ0

—零磁場電阻率；μ—磁導(dǎo)率；

ρB—B磁場電阻率；

B—磁場強度。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)表達式為（1）磁阻效應(yīng)第6章

磁電式傳感器6.3.1磁敏電阻傳感器原理及應(yīng)用

而霍爾電場作用會抵消洛倫茲力，磁阻效應(yīng)被大大減弱；由于霍爾電場強度與導(dǎo)體薄片的寬度b成反比關(guān)系

磁阻元件的電阻率與幾何尺寸有關(guān)。長方形樣品

扁條狀長形圓盤樣品電阻變化很小磁阻變化明顯不產(chǎn)生霍爾電場6.3.1磁敏電阻傳感器原理及應(yīng)用第6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：霍爾電勢小，電流磁場作用電子偏轉(zhuǎn)厲害效應(yīng)明顯。圓盤樣品：外加磁場時，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積累電荷也不會產(chǎn)生霍爾電場，磁阻效應(yīng)明顯。長方形Lb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扁條長方形，并且磁敏元件需滿足

L/b<16.3.1磁敏電阻傳感器原理及應(yīng)用第6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)并用才具有識別磁極的能力.（2）磁敏電阻的輸出特性由于磁墨的磁場強度較弱，根據(jù)磁阻元件特性需要加偏置磁場，使磁敏電阻工作在線性區(qū)域。磁敏電阻電路符號XRM傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器無偏置磁場時只能檢測磁場不能判別磁性。輸出弱磁場時磁阻與磁場關(guān)系為：

R=R0（1+MB2）

R0——為零磁場內(nèi)阻；

M——為零磁場系數(shù)；外加偏置磁場時磁阻具有極性，相當(dāng)在檢測磁場外加了偏置磁場，工作點移到線性區(qū)，磁極性也作為電阻值變化表現(xiàn)出來，這時電阻值的變化為：

R=RB（1+MB）

RB——為加偏置磁場電阻（2）磁敏電阻的輸出特性傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器這種傳感器主要用于識別磁性墨水的圖形和文字，在自動測量技術(shù)中檢測微小磁信號，如錄音機、錄像機的磁帶、磁盤；防偽紙幣、票據(jù)、信用（磁）卡上用的磁性油墨等?？蓽y磁性齒輪，磁性墨水，磁性條形碼，磁帶，識別有機磁性（自動售貨機）。(3)磁敏電阻的應(yīng)用6.3.1磁敏電阻6.3.1磁敏電阻傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器磁敏電阻的結(jié)構(gòu)等效電路半導(dǎo)體銻化銦芯片6.3.1磁敏電阻傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器利用三端差分型磁敏電阻做成磁頭檢測微弱信號，

稱圖形識別器。

MS-F-06型磁敏傳感器為日本產(chǎn)InSb（銻化銦）磁場B=0時為R0=0.8kΩ，當(dāng)磁感應(yīng)強度B為0.3T時，電阻RB約為2.4kΩ，有較好的磁靈敏度。電阻值與磁感應(yīng)強度關(guān)系曲線傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

磁圖形識別傳感器S05A1HFAA檢測電路：由磁敏元件、放大整形電路組成；磁敏電阻工作電壓5V，輸出0.3~0.8V，被檢測物體的距離3mm。反饋電容（相位補償電容，改變反饋網(wǎng)絡(luò)相移，補償運放滯后）6.3.1磁敏電阻傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器磁敏電阻應(yīng)用時一般采用恒壓源驅(qū)動，分壓輸出，三端差分型電路有較好的溫度特性。這種磁敏傳感器呈純電阻特性，輸出信號的變化按字跡間距變化出現(xiàn)，可測磁性齒輪，磁性墨水，磁性條形碼，磁帶，可識別有機磁性（自動售貨機）等。

6.3.1磁敏電阻傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

磁敏電阻齒輪巨磁電阻(gmr)磁場傳感器6.3.2磁敏晶體管

傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

器件特點：長“基區(qū)”P-I為摻雜區(qū)，本征區(qū)I長度較長構(gòu)成高阻半導(dǎo)體；磁敏二極管在長“基區(qū)”的一側(cè)面設(shè)置了復(fù)合區(qū)r，r面是個

粗糙面，載流子復(fù)合速度非常高；

r區(qū)對面是復(fù)合率很小的光滑面，載流子不易復(fù)合。（1）磁敏二極管（鍺管2ACM，硅管2DCM）傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

工作過程：加正向電壓時，空穴、電子同時注入I區(qū)

無磁場時B=0，大部分P區(qū)空穴注入N區(qū)，N區(qū)電子注入P區(qū)形成電流；

加正向磁場時，由于洛侖磁力作用，空穴電子偏向r區(qū)，并在r區(qū)很快復(fù)合，I區(qū)載流子減小↓，電流減小↓，相當(dāng)于電阻增加壓降增加↑；

加反向磁場時，空穴電子偏向r區(qū)背面，復(fù)合減少，I區(qū)載流子增加，相當(dāng)電阻減小電流增加↑，壓降減小↓。（1）磁敏二極管傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器在磁場作用下，磁敏二極管具有磁靈敏度。輸出電壓與外加磁場的關(guān)系叫磁敏二極管的磁—電特性，磁敏二極管具有正反磁靈敏度，這是磁阻元件欠缺的。另外，磁敏二極管正向磁靈敏度大于反向磁靈敏度，需互補使用。連接時需對臂相同、鄰臂相反。ΔUBED1D2D3D4U0（1）磁敏二極管磁敏二極管電路符號6.3.2磁敏晶體管傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器以鍺管NPN型為例：磁敏三極管也是以長基區(qū)為特征有兩個PN結(jié)，發(fā)射極與基極之間的PN

結(jié)由長基區(qū)二極管構(gòu)成，有一個高復(fù)合區(qū)，集電極電流大小與磁場有關(guān)。

（2）磁敏三極管磁敏三極管電路符號傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器加正向磁場載流子偏向高復(fù)合區(qū)，集電極電流Ic減小；加反向磁場載流子背向高復(fù)合區(qū)，集電極電流Ic增加；當(dāng)基極電流一定，靠外加磁場可以改變集電極電流，這是與普通三極管不同之處；由于長基區(qū)大于擴散長度，所以發(fā)射極電流增益β＜1，

但集電極電流有很高的磁靈敏度。（2）磁敏三極管傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器位移測量磁敏二極管組成電橋，磁鐵處于磁敏元件之間，中間位置時輸出電壓U0=0；位移時兩磁敏元件感受的磁場強度不同，RD1≠RD3，電橋失衡，輸出與位移有關(guān)。位移方向相反輸出極性變化，可判別位移大小和方向。ED1D2D3D4U0SN渦流流量計

液體流動時，渦輪轉(zhuǎn)動，流速與轉(zhuǎn)速成正比，磁敏晶體管檢測到磁性渦輪周期變化近似正弦波波形，頻率與齒輪的轉(zhuǎn)速成正比。

頻率∝轉(zhuǎn)速∝流量磁性齒輪傳感器（3）磁敏晶體管的應(yīng)用6.3.2磁敏晶體管傳感器原理及應(yīng)用第6章

磁電式傳感器

電感/電容/霍爾式接近開關(guān)比較

1.電感式（電渦流）接近開關(guān)工作原理

電感式接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是金屬物體。

工作流程方框圖1.電感式（電渦流）接近開關(guān)工作原理

產(chǎn)品：電感式接近開關(guān)（NPN/PNP三極管驅(qū)動輸出）響應(yīng)頻率：500HZ；工作電壓：5～50V直流/交流90-250VAC

工作電流：小于10毫安；輸出驅(qū)動電流：400毫安

溫度范圍：－40～70度檢測距離：1、2、4、5、8、10、15、20、25、40、50、80毫米被測距離與傳感器體積相關(guān);被檢測物為金屬

電感/電容/霍爾式接近開關(guān)比較

2.電容式接近開關(guān)工作原理

電容式接近開關(guān)亦屬于一種具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它的測量頭通常是構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是物體的本身；當(dāng)物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。這種接近開關(guān)的檢測物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體