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1、第五章 磁电式传感器定义利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。 直接将机械能转换为电能，是有源传感器。包括：磁电感应式传感器、霍尔式传感器和磁栅式传感器磁电感应式传感器又称感应式传感器, 是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电动势的。 它不需要辅助电源就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号, 是有源传感器。由于它输出功率大且性能稳定, 电路简单，输出阻抗小，具有一定的工作带宽（101000 Hz）, 所以得到普遍应用。 第一节 磁电感应式传感器一、类型及其工作原理磁电感应式传感器是以电磁感应原理为基础。根据法拉第电磁感应定律：N匝线圈在磁场
2、中运动切割磁力线或线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中所产生的感应电动 势e的大小取决于穿过线圈的磁通 的变化率，即当线圈的导体与磁场之间做相对切割磁力线运动 时，在导体中产生感应电动势。由此可设计一类恒磁 通式磁电传感器。用于测量振动及线速度。NSLve（一）恒定磁通式动圈式动铁式恒磁通式磁电传感器由永久磁铁、线圈、弹簧、金属骨架等组成。 磁路系统产生恒定的直流磁场, 磁路中的工作气隙固定不变, 因而气隙中磁通也是恒定不变的。其运动部件可以是线圈 （动圈式）, 也可以是磁铁（动铁式）, 动圈式（a）和动铁式（ (b)）的工作原理是完全相同的。 当壳体随被测振动 体一起振动时, 由于弹簧较软, 运
3、动部件质量相对较大。当振 动频率足够高（远大于传感器固有频率）时, 运动部件惯性很 大, 来不及随振动体一起振动, 近乎静止不动, 振动能量几乎全 被弹簧吸收, 永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动 体振动速度, 磁铁与线圈的相对运动切割磁力线, 从而产生感 应电势为 特点：1、磁路系统产生恒定的直流磁场。气隙不变，磁通不变。2、磁铁与线圈之间相对切割磁力线运动。线圈产生的感应电势为式中: B工作气隙磁感应强度; 每匝线圈平均长度; 线圈在工作气隙磁场中的匝数; v相对运动速度。 （二）变磁通式又称为变磁阻式或变气隙式，常用 来测量旋转物体的角速度。开磁路变磁通式开磁路变磁通式: 线圈、
4、 磁铁静止不动, 测量齿轮安装 在被测旋转体上, 随之一起转动。每转动一个齿, 齿的凹 凸引起磁路磁阻变化一次, 磁通也就变化一次, 线圈中产 生感应电势。其变化频率等于被测转速与测量齿轮齿数 的乘积。即：当齿轮的齿数Z确定以后，若能测出f就可求出 转速n(r/min)(n60fz)。这种传感器结构简单，但输出信号小，转 速高时信号失真也大，在振动强或转速高的场 合，往往采用闭磁路。闭磁路变磁通式闭磁路变磁通式, 它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮（动 铁心衔铁）、永久磁铁和感应线圈组成, 内外齿轮齿数 相同。 当转轴连接到被测转轴上时, 外齿轮不动, 内齿轮随 被测轴而转动, 内、外齿轮的相对转
5、动使气隙磁阻产生周期 性变化, 从而引起磁路中磁通的变化,使线圈内产生周期性变 化的感生电动势。显然，感应电势的频率与被测转速成正 比。 变磁通式传感器对环境条件要求不高，能在-150+90的 温度下工作，不影响测量精度，也能在油、水雾、灰尘等条 件下工作。但它的工作频率下限较高，约为50Hz，上限可达 100kHz。由上述工作原理可知：磁电感应式传感器只适应于动态 测量，可直接测量振动物体的速度或旋转体的角速度。如 果在其测量电路中接入积分电路或微分电路，那么还可以 用来测量位移或加速度。第二节 霍尔式传感器一、工作原理1. 霍尔效应金属或半导体薄片置于磁场B中，当有电流I 流过时，在垂直于
6、电流和磁场的方向上将产生 电动势UH。此现象为霍尔效应。KH灵敏度系数电子在磁场中受洛伦兹力作用（右手螺旋定则）b IdUHfEvfl 电子向极板一 方偏转，积累 电子。一边积 累电子，另一 边积累正电荷 ，形成电场。其中E为电场强度正负电极之间形成电势为霍尔电势。式中：RH霍尔系数， RH =-1/(ne)，由载流材料物理性质决定kH 灵敏度系数， kH =RH /d，它与载流材料的物理性质 和几何尺寸有关，表示在单位磁感应强度和单位控制电流时的霍尔 电势的大小。 霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移 率的乘积。若要霍尔效应强, 则RH值大, 因此要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率。一般金属材料载流子迁移率很高, 但电阻率 很小; 而绝缘材料电阻率极高, 但载流子迁移率极 低。故只有半导体材料适于制造霍尔片。 (二)霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成a, b两根引线，称为控制电流端引线c, d两根引线，称为霍尔输出引线霍尔元件符号基本电路 RW调节控制 电流的大小 。RL为负载电 阻，可以是 放大器的内 阻或指示器 内阻。 霍尔效应建立的时间极短（10-1210-14S），I既 可以是直流，也可以是交流。
