第六章磁电式传感器定义

第六章磁电式传感器第六章磁电式传感器

定义：磁电式传感器是利用磁电作用将被测量（如振动、位移、转动等）转换成电信号的一种传感器。磁电作用：所有的磁信号与电信号之间相互作用的现象。电磁感应效应霍尔效应电磁转换原理§1磁电感应式§2霍尔式§3磁栅式一、工作原理

磁电式传感器是基于电磁感应原理的传感器。根据法拉第电磁感应定律：N匝线圈在磁场中运动切割磁力线或线圈所在磁场的磁通变化时，线圈所产生的感应电动势e的大小取决于穿过线圈的磁通的变化率：

§6-1磁电感应式传感器二、类型

恒磁通式变磁通式1、变磁通式（变磁阻式/变气隙式）测频：线圈3中产生的感应电势的变化频率等于齿轮4的齿数和转速的乘积。不宜测高速2、恒磁通式三、应用四、磁电式传感器设计要点工作气隙永久磁铁线圈组件§6-2霍尔式传感器霍尔效应：金属或半导体处于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势的现象。一、工作原理NMzyxdlbIBNMBFLIvEy－－－－++++EHFH++++++++－－－－－－－NIBzyMxFL

＝FHEHFH=-eEH=-eUHb(1)FL=evB(2)FL=-FH(3)I

=-nevbd(5)(4)UH=bvB-11UH=(6)ne.dIB1=dIBRH=.IBkHUH.IB=

kH=d1IBRHRH=ne-1霍尔系数，与材料有关。kH=dRH霍尔灵敏度霍尔电势方向判别：P型材料：N型材料：左手定则：四指——指向电流方向

B——穿过手心大拇指——指向的是力的方向霍尔器件：利用霍尔效应工作的器件。

分类－集成度

霍尔元件霍尔集成电路二、霍尔器件

分类－输出信号

霍尔线性元件霍尔开关元件

结构与选材霍尔片（单晶薄片）4根引线壳体UH.IB=

kH=d1IBRH（1）对于金属而言，n很大，所以RH很小，而半导体尤其是N型半导体RH则较大；

结构与选材UH.IB=

kH=d1IBRH（2）kH与d有关，所以霍尔元件一般都很薄，如采用薄膜技术的薄膜霍尔元件。

结构与选材原因：制造工艺、使用条件、环境温度等因素，影响霍尔元件的转换精度。

误差及其补偿误差类型零位误差温度误差

误差及其补偿

当外界磁场B＝0时，输出的霍尔电动势UH＝Uo≠0，这种误差称为零位误差。

误差及其补偿

零位误差

误差及其补偿

零位误差寄生直流电动势不等位电动势

误差及其补偿

霍尔元件在额定控制电流作用下，不加外磁场时，霍尔输出端之间的空载电动势，称为不等位电动势原因：焊点不对称、电极不对称、电阻率不均匀、厚薄不均匀。

误差及其补偿措施：加调节电阻

X

误差及其补偿

当通以交流控制电流而不加外磁场时，霍尔输出除存在交流不等位电动势外，还有直流分量，称为寄生直流电动势

误差及其补偿措施：电极安装尽量欧姆接触、对称、良好散热。

误差及其补偿原因：电极非完全的欧姆接触而形成的整流效应。

半导体材料的电阻率、迁移率、载流子浓度等容易受温度影响，从而影响霍尔元件的输出变化，即产生温度误差。

误差及其补偿

温度误差电路补偿

误差及其补偿

温度误差

措施选择温度系数小的材料B、选择合适的串、并、负载电阻C、采用温度补偿元件（如热敏电阻）D、桥路补偿

误差及其补偿A、采用恒流源和输入回路并联电阻A、恒流源供电RpI霍尔元件不等位电势U0的温度补偿

桥路补偿电路符号等效电桥三、基本电路

由霍尔元件、差分放大器和射极跟随器组成。输出电压和加在霍尔元件上的磁感强度B成比例，这类电路有很高的灵敏度和优良的线性度，适用于各种磁场检测。

线性电路XVoVccVoB

线性电路

开关电路

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，斯密特触发器和输出级组成。XVoVccVoB

开关电路

霍尔传感器是一种磁传感器和磁电转换元件，检测磁场及其变化，另外各种与磁场有关的场合都可以应用。四、应用

根据霍尔电势的表达式：其应用可用于下述三个方面：控制电流I不变，传感器处于非均匀磁场中，UHB

。可进行磁场、位移、角度、转速、加速度等测量。磁场不变，即B不变，UHI。

故凡能转换成电流变化的各量均能测量。

I、B均变化，UHI·B。

可用于乘法、功率等方面的计算与测量。UH.IB=

kH=d1IBRH（1）直接测磁场强度；IBkUHH=1、应用范围与特点（2）衍生：电流、电压、位移、力、速度、加速度等，人为的附加磁场。1）体积小，重量轻，功耗小，可靠性好；2）响应频率高（可达1MHZ）；3）非接触式、可用于特殊应用环境；4）易于集成。线性、非机械、半导体5）霍尔线性器件的精度高、线性度好；6）霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。测量过程演示a）对移b）侧移c）旋转d）遮断2、应用实例－位移、速度检测齿轮的速度、齿形、齿数2、应用实例－齿轮检测2、应用实例－齿轮检测汽车防抱死（ABS）系统－霍尔传感器2、应用实例－ABS2、应用实例－ABS2、应用实例－ABS2、应用实例－钳形电流表

利用霍尔元件测地磁场，用于寻北、空间姿态等。2、应用实例－霍尔电子罗盘§6-3磁栅式传感器

与容栅式传感器非常相似，磁栅式传感器也是一种位移传感器。

基本原理

类似于磁带录音原理，把周期性的电信号以录磁的方式记录在磁性介质上，通过磁头读出该信号，当磁头与磁性介质发生相对位移时，完成位移信号到电信号的转变。

基本类型长磁栅圆磁栅线位移角位移

类似于磁带录音，包括磁栅（或称磁尺）、磁头和检测电路三部分组成。

磁栅－相当于磁带，录有正弦波或矩形波的周期信号；磁头－把磁信号转换称电信号；检测电路－对电信号进行分析、处理。一、工作原理1、磁栅NSNSNSNSSNSNSN磁性薄膜基体节距W磁栅式传感器

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