磁电式传感器.ppt

磁电式传感器磁电式传感器主要内容：主要内容：7.1 7.1 磁电感应式传感器磁电感应式传感器 7.2 7.2 霍尔式传感器霍尔式传感器 7.3 7.3 磁敏传感器磁敏传感器 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器概述概述概述概述 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器 磁磁磁磁电电电电式式式式传传传传感感感感器器器器是是是是利利利利用用用用电电电电磁磁磁磁感感感感应应应应原原原原理理理理，将将将将运运运运动动动动速速速速度度度度、位位位位移移移移等等等等物物物物理理理理量量量量转转转转换换换换成成成成线线线线圈圈圈圈中中中中的的的的感感感感应应应应电电电电动动动动势势势势输输输输出出出出。工工工工作作作作时时时时不不不不需需需需要要要要外外外外加加加加电电电电源源源源，可可可可直直直直接接接接将将将将被被被被测测测测物物物物体体体体的的的的机机机机械械械械能能能能转转转转换换换换为电量输出。是典型的有源传感器。为电量输出。是典型的有源传感器。为电量输出。是典型的有源传感器。为电量输出。是典型的有源传感器。特特特特点点点点：输输输输出出出出功功功功率率率率大大大大，稳稳稳稳定定定定可可可可靠靠靠靠，可可可可简简简简化化化化二二二二次次次次仪仪仪仪表表表表，但但但但频频频频率率率率响响响响应应应应低低低低。通通通通常常常常在在在在10100HZ10100HZ10100HZ10100HZ适适适适合合合合作作作作机机机机械械械械振振振振动动动动测测测测量、转速测量。传感器尺寸大、重。量、转速测量。传感器尺寸大、重。量、转速测量。传感器尺寸大、重。量、转速测量。传感器尺寸大、重。磁电式传感器机机械械能能电电 量量概述概述概述概述传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器 霍霍霍霍尔尔尔尔传传传传感感感感器器器器属属属属于于于于磁磁磁磁敏敏敏敏元元元元件件件件，磁磁磁磁敏敏敏敏元元元元件件件件也也也也是是是是基基基基于于于于磁磁磁磁电电电电转换原理，转换原理，转换原理，转换原理，磁敏传感器是把磁学物理量转换成电信号。磁敏传感器是把磁学物理量转换成电信号。磁敏传感器是把磁学物理量转换成电信号。磁敏传感器是把磁学物理量转换成电信号。随随随随着着着着半半半半导导导导体体体体技技技技术术术术的的的的发发发发展展展展，磁磁磁磁敏敏敏敏元元元元件件件件得得得得到到到到应应应应用用用用和和和和发发发发展展展展，广广广广泛泛泛泛用用用用于于于于自自自自动动动动控控控控制制制制、信信信信息息息息传传传传递递递递、电电电电磁磁磁磁场场场场、生生生生物物物物医医医医学学学学等等等等方面的电磁、压力、加速度、振动测量。方面的电磁、压力、加速度、振动测量。方面的电磁、压力、加速度、振动测量。方面的电磁、压力、加速度、振动测量。特点：结构简单、体积小、动态特性好、寿命长。特点：结构简单、体积小、动态特性好、寿命长。特点：结构简单、体积小、动态特性好、寿命长。特点：结构简单、体积小、动态特性好、寿命长。磁敏传感器磁磁学学量量电电信信号号传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器霍尔传感器测转速霍尔传感器测转速磁电传感器磁电传感器概述概述概述概述7 7 7 71 1 1 1 磁磁磁磁电电电电感感感感应应应应式式式式传传传传感器（感器（感器（感器（电动电动电动电动式）式）式）式）7.1.1 7.1.1 7.1.1 7.1.1 工作原理工作原理工作原理工作原理传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁磁磁磁电式传感器电式传感器电式传感器电式传感器v 根根根根据据据据电电电电磁磁磁磁感感感感应应应应定定定定律律律律，N N N N匝匝匝匝线线线线圈圈圈圈在在在在磁磁磁磁场场场场中中中中运运运运动动动动切切切切割割割割磁磁磁磁力力力力线线线线，线线线线圈圈圈圈内内内内产产产产生生生生感感感感应应应应电电电电动动动动势势势势e e e e。e e e e的的的的大大大大小小小小与与与与穿穿穿穿过过过过线线线线圈圈圈圈的磁通的磁通的磁通的磁通变化率有关。变化率有关。变化率有关。变化率有关。7 7 7 71 1 1 1 磁磁磁磁电电电电感感感感应应应应式式式式传传传传感器（感器（感器（感器（电动电动电动电动式）式）式）式）7.1.2 7.1.2 7.1.2 7.1.2 基本特性基本特性基本特性基本特性传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电式磁电式磁电式磁电式传感器传感器传感器传感器电压灵敏度：电压灵敏度：由由 可得；可得；传感器灵敏度：传感器灵敏度：(常数常数)电流灵敏度电流灵敏度:7 7 7 71 1 1 1 磁磁磁磁电电电电感感感感应应应应式式式式传传传传感器（感器（感器（感器（电动电动电动电动式）式）式）式）7.1.1 7.1.1 7.1.1 7.1.1 工作原理工作原理工作原理工作原理传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁磁磁磁电式传感器电式传感器电式传感器电式传感器根据以上原理有两种磁电感应式传感器：根据以上原理有两种磁电感应式传感器：恒磁通式：磁路系统恒定磁场运动部件恒磁通式：磁路系统恒定磁场运动部件 可以是线圈也可以是磁铁。可以是线圈也可以是磁铁。变磁通式：线圈、磁铁静止不动，变磁通式：线圈、磁铁静止不动，转动物体引起磁阻、磁通变化。转动物体引起磁阻、磁通变化。恒磁通式恒磁通式变磁通式变磁通式（a）开磁路 （b）闭磁路7 7 7 71 1 1 1 磁磁磁磁电电电电感感感感应应应应式式式式传传传传感器（感器（感器（感器（电动电动电动电动式）式）式）式）7.1.3 7.1.3 7.1.3 7.1.3 磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器 电磁式传感器通常用来做机械振动测量。电磁式传感器通常用来做机械振动测量。振动传感器结构大体分两种：振动传感器结构大体分两种：动钢型（线圈与壳体固定）动钢型（线圈与壳体固定）动圈型（永久磁铁与壳固定）动圈型（永久磁铁与壳固定）磁铁与线圈之间相对运动运动速度接近振动速度，磁铁与线圈之间相对运动运动速度接近振动速度，磁路空气隙中的线圈切割磁力线，磁路空气隙中的线圈切割磁力线，产生于正比振动速度的感应电动势产生于正比振动速度的感应电动势 。7 7 7 71 1 1 1 磁磁磁磁电电电电感感感感应应应应式式式式传传传传感器（感器（感器（感器（电动电动电动电动式）式）式）式）7.1.3 7.1.3 7.1.3 7.1.3 磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器 电磁式传感器通常用来做机械振动测量。电磁式传感器通常用来做机械振动测量。振动传感器结构大体分两种：振动传感器结构大体分两种：动钢型（线圈与壳体固定）动钢型（线圈与壳体固定）动圈型（永久磁铁与壳固定）动圈型（永久磁铁与壳固定）磁铁与线圈之间相对运动运动速度接近振动速度，磁铁与线圈之间相对运动运动速度接近振动速度，磁路空气隙中的线圈切割磁力线，磁路空气隙中的线圈切割磁力线，产生于正比振动速度的感应电动势产生于正比振动速度的感应电动势 。7 7 7 71 1 1 1 磁磁磁磁电电电电感感感感应应应应式式式式传传传传感器（感器（感器（感器（电动电动电动电动式）式）式）式）7.1.3 7.1.3 7.1.3 7.1.3 磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器开磁路闭磁路7 7 7 71 1 1 1 磁磁磁磁电电电电感感感感应应应应式式式式传传传传感器（感器（感器（感器（电动电动电动电动式）式）式）式）7.1.3 7.1.3 7.1.3 7.1.3 磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器动圈式振动速度传感器动圈式振动速度传感器7 7 7 71 1 1 1 磁磁磁磁电电电电感感感感应应应应式式式式传传传传感器（感器（感器（感器（电动电动电动电动式）式）式）式）7.1.3 7.1.3 7.1.3 7.1.3 磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器7 7 7 71 1 1 1 磁磁磁磁电电电电感感感感应应应应式式式式传传传传感器（感器（感器（感器（电动电动电动电动式）式）式）式）7.1.3 7.1.3 7.1.3 7.1.3 磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器n 信号输出送测量电路信号输出送测量电路 接入积分电路测量位移；接入积分电路测量位移；接入微分电路测量加速度。接入微分电路测量加速度。7 7 7 71 1 1 1 磁磁磁磁电电电电感感感感应应应应式式式式传传传传感器（感器（感器（感器（电动电动电动电动式）式）式）式）7.1.3 7.1.3 7.1.3 7.1.3 磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器积分电路输出积分电路输出 微分电路输出微分电路输出 7 7 7 71 1 1 1 磁磁磁磁电电电电感感感感应应应应式式式式传传传传感器（感器（感器（感器（电动电动电动电动式）式）式）式）7.1.3 7.1.3 7.1.3 7.1.3 磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器 磁电式振动传感器的特性：磁电式振动传感器的特性：磁电式振动传感器是惯性式传感器，不需要磁电式振动传感器是惯性式传感器，不需要 静止的基准参考，可直接装在被测体上。静止的基准参考，可直接装在被测体上。传感器是发电型传感器，工作时可不加电压，传感器是发电型传感器，工作时可不加电压，直接将机械能转化为电能输出。直接将机械能转化为电能输出。速度传感器的输出电压正比于速度信号速度传感器的输出电压正比于速度信号 ，便于直接放大。便于直接放大。输出阻抗低，对后置电路要求低，干扰小。输出阻抗低，对后置电路要求低，干扰小。7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 _ _ _ _ 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁磁磁磁电式传感器电式传感器电式传感器电式传感器 实际应用中磁敏实际应用中磁敏元件主要用于检测磁元件主要用于检测磁场，而与人们相关的场，而与人们相关的磁场范围很宽，一般磁场范围很宽，一般的磁敏传感器检测的的磁敏传感器检测的最低磁场只能到最低磁场只能到 高斯。高斯。磁场强度与磁场源的分布磁场强度与磁场源的分布7.2 7.2 霍霍尔尔式式传传感器感器 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁磁磁磁电式传感器电式传感器电式传感器电式传感器测磁的方法：测磁的方法：利用电磁感应作用的传感器（强磁场）如：利用电磁感应作用的传感器（强磁场）如：磁头、机电设备、测转速、磁性标定、差动变压器；磁头、机电设备、测转速、磁性标定、差动变压器；利用磁敏电阻、磁敏二极管、霍尔元件；利用磁敏电阻、磁敏二极管、霍尔元件；利用磁作用传感器，磁针、表头、继电器；利用磁作用传感器，磁针、表头、继电器；利用超导效应传感器，利用超导效应传感器，SQVIDSQVID约瑟夫元件；约瑟夫元件；利用核磁共振的传感器，有光激型、质子型。利用核磁共振的传感器，有光激型、质子型。随着半导体技术的发展，磁敏传感器正向薄膜化，随着半导体技术的发展，磁敏传感器正向薄膜化，微型化和集成化方向发展。微型化和集成化方向发展。7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.1 7.2.1 7.2.1 7.2.1 霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器 霍霍尔尔传传感感器器就就是是基基于于霍霍尔尔效效应应，把把一一个个导导体体（半半导导体体薄薄片片）两两端端通通以以控控制制电电流流I I，在在薄薄片片垂垂直直方方向向施施加加磁磁感感强强度度B B的的磁磁场场，在在薄薄片片的的另另外外两两侧侧会会产产生生一一个个与与控控制制电电流流I I和和磁磁场场强强度度B B的的乘乘积积成成比比例例的电动势的电动势 。通通电电的的导导体体（半半导导体体）放放在在磁磁场场中中，电电流流I I与与磁磁场场B B方方向向垂垂直直，在在导导体体另另外外两两侧侧会会产产生生感感应应电电动动势势，这种现象称这种现象称霍尔效应霍尔效应。7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.1 7.2.1 7.2.1 7.2.1 霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器 在磁场中导体自由电子在磁场的作用下做定向运动。在磁场中导体自由电子在磁场的作用下做定向运动。每个电子受洛仑兹力作用被推向导体的另一侧：每个电子受洛仑兹力作用被推向导体的另一侧：霍尔电场霍尔电场霍尔电场作用于电子的力霍尔电场作用于电子的力7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.1 7.2.1 7.2.1 7.2.1 霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器 当两作用力相等时电荷不再向两边积累，当两作用力相等时电荷不再向两边积累，达到动态平衡：达到动态平衡：通过（半）导体薄片的电流通过（半）导体薄片的电流I与载流子浓度与载流子浓度n，电子运动速度电子运动速度v，薄片横截面积，薄片横截面积 b*d 有关：有关：霍尔电势：霍尔电势：7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.1 7.2.1 7.2.1 7.2.1 霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器代入后：代入后：霍尔常数霍尔常数 与材料有关与材料有关 霍尔灵敏度霍尔灵敏度 与薄片尺寸有关与薄片尺寸有关7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.1 7.2.1 7.2.1 7.2.1 霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电式磁电式磁电式磁电式传感器传感器传感器传感器讨论：讨论：任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不 是都可以制造霍尔元件是都可以制造霍尔元件 绝缘材料电阻率很大，电子迁移率很小，不适用；绝缘材料电阻率很大，电子迁移率很小，不适用；金属材料电子浓度很高，金属材料电子浓度很高，RHRH很小，很小，UHUH很小。很小。半导体电子迁移率一般大于空穴的迁移率，所以半导体电子迁移率一般大于空穴的迁移率，所以 霍尔元件多采用霍尔元件多采用N N型半导体（多电子）。型半导体（多电子）。v由上式可见，厚度由上式可见，厚度d d越小，霍尔灵敏度越小，霍尔灵敏度 K KH H 越大，越大，所以霍尔元件做的较薄，通常近似所以霍尔元件做的较薄，通常近似1 1微米。微米。7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.2 7.2.2 7.2.2 7.2.2 霍尔传感器基本电路霍尔传感器基本电路霍尔传感器基本电路霍尔传感器基本电路传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁磁磁磁电式传感器电式传感器电式传感器电式传感器 霍尔晶体外形矩形薄片有四根引线，霍尔晶体外形矩形薄片有四根引线，两端加激励两端为输出；两端加激励两端为输出；电源电源E E，控制电流，控制电流I I；负载负载RLRL，R R可调保证控制电流，可调保证控制电流，B B磁场与元件面垂直（向里）。磁场与元件面垂直（向里）。实测中可把实测中可把I*BI*B作输入，作输入，也可把也可把I I或或B B单独做输入。单独做输入。通过霍尔电势输出测量结果。通过霍尔电势输出测量结果。输出输出UoUo与与I I或或B B成正比关系。成正比关系。7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.3 7.2.3 7.2.3 7.2.3 霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿(1)(1)不等位电势不等位电势 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器 当当霍霍尔尔元元件件通通以以激激励励电电流流I I时时，若若磁磁场场B=0B=0，理理论论上上霍霍尔尔电电势势U UH H=0,=0,但但实实际际U UH H不不等等于于0 0，这这时时测测得得的的空空载载电电势称不等位电势势称不等位电势U U0 0。产生的原因：产生的原因：霍尔引出电极安装不对称霍尔引出电极安装不对称半导体材料不均匀半导体材料不均匀7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.3 7.2.3 7.2.3 7.2.3 霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿(1)(1)不等位电势不等位电势 u不等位电势的补偿不等位电势的补偿 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.3 7.2.3 7.2.3 7.2.3 霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿 (2)(2)温度误差及补偿温度误差及补偿 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器霍霍尔尔元元件件是是半半导导体体元元件件，它它的的许许多多参参数数与与温温度度有有关关。当当温温度度T T变变化化时时，载载流流子子浓浓度度n n、迁迁移移率率、电电阻阻率率，霍尔系数，霍尔系数R RH H 都会变化。以下是几种补偿方法：都会变化。以下是几种补偿方法：恒流源补偿：恒流源补偿：由由 U UH H=K=KH HIB IB 可见恒流源供电可使可见恒流源供电可使U UH H稳定但灵敏度系数稳定但灵敏度系数 K KH H=R=RH H/d=/d=/d/d也是温度的函数：也是温度的函数：7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.3 7.2.3 7.2.3 7.2.3 霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿 (2)(2)温度误差及补偿温度误差及补偿 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器u具体补偿方法具体补偿方法:在霍尔元件上并联一在霍尔元件上并联一RpRp分流，分流，当当T T增大时增大时RiRi增大增大UUH H 增大增大 IIH H 减小减小IpIp增大增大UUH H 下降，下降，RpRp 自动加强分流，使自动加强分流，使IpIp 增大增大 IIH H 下降下降UUH H下降下降,补偿电阻补偿电阻 RpRp可选择负温度系数可选择负温度系数.7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.4 7.2.4 7.2.4 7.2.4 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器(1)(1)位移测量位移测量 (2)(2)测转速测转速 (3)(3)计数装置计数装置(导磁产品导磁产品)检缺口检缺口 检齿检齿磁磁 场场 测测 量量7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.4 7.2.4 7.2.4 7.2.4 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器霍尔元件符号霍尔元件符号 7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.4 7.2.4 7.2.4 7.2.4 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器霍尔传感器位移测量原理霍尔传感器位移测量原理 7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.4 7.2.4 7.2.4 7.2.4 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器霍尔压力传感器结构原理霍尔压力传感器结构原理 7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.4 7.2.4 7.2.4 7.2.4 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器霍霍霍霍尔尔尔尔元元元元件件件件和和和和磁磁磁磁体体体体运运运运动动动动方方方方式式式式7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.4 7.2.4 7.2.4 7.2.4 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器霍尔元件测位置霍尔元件测位置霍尔元件测位置霍尔元件测位置霍霍霍霍 尔尔尔尔 元元元元 件件件件 测测测测 角角角角 度度度度7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.5 7.2.5 7.2.5 7.2.5 霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器1 1 集成霍尔元件集成霍尔元件7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.5 7.2.5 7.2.5 7.2.5 霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器 线线性性集集成成电电路路(测测位位移移、测测振振动动)7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.5 7.2.5 7.2.5 7.2.5 霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器 开关集成器件开关集成器件(测转速、开关控制、判断测转速、开关控制、判断N SN S极性极性)BB、BB形形成成切切换换回回差差,这这是是位位置置式式作作用用传传感感器器的的特点特点,作无触点开关时可防止干扰引起的误动作作无触点开关时可防止干扰引起的误动作 。形形成成切切换换回回差差 7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.5 7.2.5 7.2.5 7.2.5 霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁磁磁磁电式传感器电式传感器电式传感器电式传感器霍尔开关元件性能演示霍尔开关元件性能演示动画动画7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.5 7.2.5 7.2.5 7.2.5 霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电式磁电式磁电式磁电式传感器传感器传感器传感器2 2 应用应用 ：无触点开关：无触点开关7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.5 7.2.5 7.2.5 7.2.5 霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电式磁电式磁电式磁电式传感器传感器传感器传感器2 2 应用应用 ：天然气点火电路：天然气点火电路7.2 7.2 7.2 7.2 霍霍霍霍尔尔尔尔式式式式传传传传感器感器感器感器 7.2.5 7.2.5 7.2.5 7.2.5 霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电式磁电式磁电式磁电式传感器传感器传感器传感器2 2 应用应用 ：接口电路：接口电路7.3 7.3 7.3 7.3 磁敏磁敏磁敏磁敏传传传传感器感器感器感器 传感器原理及应用传感器原理及应用第第7 7章章磁磁电式传感器电式传感器n 磁磁敏敏元元件件也也是是基基于于磁磁电电转转换换原原理理,60,60年年代代西西门门子子公公司司研研制制了了第第一一个个磁磁敏敏元元件件,68,68年年索索尼尼公公司司研研制成磁敏二极管制成磁敏二极管,目前磁敏元件应用广泛。目前磁敏元件应用广泛。磁 敏 元 件磁敏传感器主要有：磁敏传感器主要有：磁敏电阻；磁敏电阻；磁敏二极管；磁敏二极管；磁敏三极管；磁敏三极管；霍尔式磁敏传感器。霍尔式磁敏传感器。7.3 7.3 7.3 7.3 磁敏磁敏磁敏磁敏传传传传感器感器感器感器 7.3.1 7.3.1 7.3.1 7.3.1 磁敏电阻器磁敏电阻器磁敏电阻器磁敏电阻器传感器原理及应用传感器原理及应用第第7 7章章磁磁电式传感器电式传感器 磁磁阻阻效效应应：载载载载流流流流导导导导体体体体置置置置于于于于磁磁磁磁场场场场中中中中,除除除除了了了了产产产产生生生生霍霍霍霍尔尔尔尔效效效效应应应应外外外外,导导导导体体体体中中中中载载载载流流流流子子子子因因因因受受受受洛洛洛洛仑仑仑仑兹兹兹兹力力力力作作作作用用用用要要要要发发发发生生生生偏偏偏偏转转转转,载载载载流流流流子子子子运运运运动动动动方方方方向向向向偏偏偏偏转转转转使使使使电电电电流流流流路路路路径径径径变变变变化化化化,起起起起到到到到了了了了加加加加大大大大电电电电阻的作用阻的作用阻的作用阻的作用,磁场越强增大电阻的作用越强。磁场越强增大电阻的作用越强。磁场越强增大电阻的作用越强。磁场越强增大电阻的作用越强。v 外加磁场使导体外加磁场使导体外加磁场使导体外加磁场使导体(半导体半导体半导体半导体)电阻随磁场增加而增大电阻随磁场增加而增大电阻随磁场增加而增大电阻随磁场增加而增大 的现象称的现象称的现象称的现象称磁阻效应磁阻效应磁阻效应磁阻效应。磁阻效应表达式：磁阻效应表达式：磁阻效应表达式：磁阻效应表达式：7.3 7.3 7.3 7.3 磁敏磁敏磁敏磁敏传传传传感器感器感器感器 7.3.1 7.3.1 7.3.1 7.3.1 磁敏电阻器磁敏电阻器磁敏电阻器磁敏电阻器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁磁磁磁电式传感器电式传感器电式传感器电式传感器 由由于于霍霍尔尔电电场场作作用用会会抵抵消消洛洛伦伦兹兹力力,磁磁阻阻效效应应被被大大大减弱大减弱,但仍然存在。磁阻元件的电阻与形状有关：但仍然存在。磁阻元件的电阻与形状有关：长方形样品长方形样品 扁条状长形扁条状长形 圆盘样品圆盘样品7.3 7.3 7.3 7.3 磁敏磁敏磁敏磁敏传传传传感器感器感器感器 7.3.1 7.3.1 7.3.1 7.3.1 磁敏电阻器磁敏电阻器磁敏电阻器磁敏电阻器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁磁磁磁电式传感器电式传感器电式传感器电式传感器长方形样品：霍尔电场作用长方形样品：霍尔电场作用长方形样品：霍尔电场作用长方形样品：霍尔电场作用F F F FH H H H,电阻变化很小。电阻变化很小。电阻变化很小。电阻变化很小。扁条状长形：霍尔电势扁条状长形：霍尔电势扁条状长形：霍尔电势扁条状长形：霍尔电势E E E EH H H H很小很小很小很小,电流磁场作用偏转电流磁场作用偏转电流磁场作用偏转电流磁场作用偏转 厉害，效应明显。厉害，效应明显。厉害，效应明显。厉害，效应明显。圆盘样品：外加磁场时，电流以螺旋形路径指向外电圆盘样品：外加磁场时，电流以螺旋形路径指向外电圆盘样品：外加磁场时，电流以螺旋形路径指向外电圆盘样品：外加磁场时，电流以螺旋形路径指向外电 极，路径增大电阻增加。在圆盘中任何地极，路径增大电阻增加。在圆盘中任何地极，路径增大电阻增加。在圆盘中任何地极，路径增大电阻增加。在圆盘中任何地 方都不会积累电荷也不会产生霍尔电场。方都不会积累电荷也不会产生霍尔电场。方都不会积累电荷也不会产生霍尔电场。方都不会积累电荷也不会产生霍尔电场。u 为了消除霍尔电场影响获得大的磁阻效应为了消除霍尔电场影响获得大的磁阻效应为了消除霍尔电场影响获得大的磁阻效应为了消除霍尔电场影响获得大的磁阻效应,一般将磁敏电阻制成圆形或长方形。一般将磁敏电阻制成圆形或长方形。一般将磁敏电阻制成圆形或长方形。一般将磁敏电阻制成圆形或长方形。7.3 7.3 7.3 7.3 磁敏磁敏磁敏磁敏传传传传感器感器感器感器 7.3.1 7.3.1 7.3.1 7.3.1 磁敏电阻器磁敏电阻器磁敏电阻器磁敏电阻器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁磁磁磁电式传感器电式传感器电式传感器电式传感器v 磁磁敏敏电电阻阻与与霍霍尔尔元元件件属属同同一一类类,都都是是磁磁电电转转换换元元件件,本本质质不不同同是是磁磁敏敏电电阻阻没没有有判判断断极极性性的的能能力力,只只有有与辅助材料与辅助材料(磁铁磁铁)并用才具有识别磁极的能力并用才具有识别磁极的能力.磁敏电阻的输出特性磁敏电阻的输出特性7.3 7.3 7.3 7.3 磁敏磁敏磁敏磁敏传传传传感器感器感器感器 7.3.1 7.3.1 7.3.1 7.3.1 磁敏电阻器磁敏电阻器磁敏电阻器磁敏电阻器 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁磁磁磁电式传感器电式传感器电式传感器电式传感器 无无偏偏置置磁磁场场时时,检检测测磁场不能判别磁性；磁场不能判别磁性；外外加加偏偏置置磁磁场场时时，相相当当在在检检测测磁磁场场外外加加了了偏偏置置磁磁场场，工工作作点点移移到到线线性性区区，磁磁极极性性也也作作为为电电阻阻值值变变化化表表现出来。现出来。7.3 7.3 7.3 7.3 磁敏磁敏磁敏磁敏传传传传感器感器感器感器 7.3.1 7.3.1 7.3.1 7.3.1 磁敏电阻器磁敏电阻器磁敏电阻器磁敏电阻器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器 磁磁图图形形识识别别传传感感器器BS05A1HFAA,BS05A1HFAA,检检测测电电路路，工工作作电电压压5V5V，输输出出0.30.8v0.30.8v，被被测测物物体体3mm3mm，可可测测磁磁性性齿齿轮轮，磁磁性性墨墨水水，磁磁性性条条形形码码，磁磁带带，识识别别有有机机磁磁性（自动售货机）。性（自动售货机）。磁敏电阻的应用磁敏电阻的应用 7.3 7.3 7.3 7.3 磁敏磁敏磁敏磁敏传传传传感器感器感器感器 7.3.2 7.3.2 7.3.2 7.3.2 磁敏晶体管磁敏晶体管磁敏晶体管磁敏晶体管 （1 1）磁敏二极管（）磁敏二极管（锗管锗管2ACM,硅管硅管2DCM）传感器原理及应用传感器原理及应用第第7 7章章磁磁电式传感器电式传感器 特点：长特点：长“基区基区”PiNPiN型二极管，型二极管，PIPI为掺杂区，为掺杂区，本征区本征区I I长度较长，构成高阻半导体；长度较长，构成高阻半导体；工作过程：工作过程：磁磁敏敏二二极极管管在在长长“基基区区”的的一一侧侧面面设设置置了了复复合合区区r r，r r面是个粗糙面截流子复合速度非常高，面是个粗糙面截流子复合速度非常高，r r区对面区对面 是复合率很小的光滑面。是复合率很小的光滑面。7.3 7.3 7.3 7.3 磁敏磁敏磁敏磁敏传传传传感器感器感器感器 7.3.1 7.3.1 7.3.1 7.3.1 磁敏晶体管磁敏晶体管磁敏晶体管磁敏晶体管 （2 2）磁敏三极管）磁敏三极管传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第7 7 7 7章章章章磁电磁电磁电磁电式传感器式传感器式传感器式传感器以锗管以锗管NPNNPN型为例：型为例：磁磁敏敏三三极极管管也也是是以以长长基基区区为为特特征征，有有两两个个PNPN结结，发发射射极极与与基基极极之之间间的的PN PN 结结由由长长基基区区二二极极管管构构成成，有有一一个个高高复复合合区区，集集电电极电流大小与磁场有关。极电流大小与磁场有关。