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1、传感器技术及应用 机械08,20102011第二学期 2011年3月,5.6 磁敏传感器,半导体磁敏传感器：可将磁场强度参数转变为电参数的传感器。 种类：霍尔传感器、磁敏电阻传感器、磁敏二极管、磁敏晶体管等。 特点： 可实现非接触检验，寿命长、可靠性高。 从直流（0Hz）到高频（数十GHz）其特性完全一样。 不仅能够测量运动磁场强度,也能测量静止的磁场。 能够使器件小型化和集成化。,一、霍尔元件,霍尔电压形成的定性说明 (a)磁场为0时，电子在半导体中的流动; (b)磁场不为0，电子在劳伦兹力作用下发生偏转; (c)电荷积累达到平衡时,电子在流动,二、 磁敏电阻,磁敏电阻是一种电阻随磁场而变化
2、的磁敏元件，也称MR元件。它的理论基础为磁电阻效应。 1、工作原理 磁电阻效应： 将载流导体（金属或半导体）置于外磁场中，不但产生霍尔效应（电势或电场），同时电阻也会随磁场而变化。这种现象成为磁敏电阻效应，简称磁电阻效应。,2. 作用机理,外磁场改变了导体载流子迁移的路径，致使与外界电场同方向的电流分量减小，等价于电阻增大,磁敏元件,载流子迁移率,几何形状,物理磁阻效应,几何磁阻效应,电阻率相对变化,电阻相对变化,（1）物理磁阻效应,具有两种载流子的材料通电后，电子和空穴电流密度分别为 jn 和jp ，总电流密度j,无外磁场H时，j=jn + jp,有外磁场H时， jn 与 jp 背向偏转,j
3、 l 的扁平器件串联起来栅格磁阻器件。,科比诺圆盘,中心和边缘为两电极 不存在横向霍尔电场和电势 磁敏电阻变化更加明显,栅格磁阻器件,在LW长方形磁阻材料上面制作许多平行等间距的金属条（即短路栅格）， 相当于许多扁条状磁阻串联。 零磁场电阻约100,栅格金属条在100根以上。 栅格磁阻器件既增加了零磁场电阻值、又提高了磁阻器件的灵敏度。,4、磁阻式传感器应用磁阻效应角度传感器,测量原理输出电压与磁场角度成正比 由于电阻没有极性，仅与磁场强度的绝对值成正比， 磁极每转动180度，某个位置上的磁敏电阻阻值变化一周期， 相对180度布置的两磁敏电阻a和d同步变化R 与a，d相差90度布置的磁敏电阻b
4、，c变化周期差180度， 即b，c与a，d正好反相R,磁阻式传感器应用磁阻效应角度传感器,将相间90度布置的四个磁敏电阻接入电桥电路， 传感器每相对磁极转动180度，输出电压变化一个周期。,UZZ900信号调理芯片,KMZ41型传感器： 内含8个MR形成两组电桥,两组磁敏电阻相对磁场布置相差45度，磁阻变化相位差90度 两组电桥的输出电压相位相差90度,KMZ41型传感器：可以实现辨向功能,两组电桥制作成相差45度分布，输出信号相差90度,可判别角度方向,转速传感器,传感器与调理电路,安装,工作原理 输出方波 频率信号,三、 磁敏二极管(SMD),工作原理 在高阻半导体芯片（本征型I）两端，分
5、别制作P、N两个电极 P、N为重参杂区，I区长度较长 I区一侧光滑，一侧打毛粗糙， 粗糙表面易于使电子空穴对复合而消失，成为r面（复合区） 外加正向偏压：P区接正，N区接负大量空穴从P区注入I区；大量电子从N区注入I区 未加磁场，电子和空穴运行方向不偏转,磁敏二极管加正向电压：P+N-,当磁场方向使电子、空穴向r面偏转时，载流子对因复合而消失，使I区载流子数目大为减少，该管外部表现为电阻增大，电流减小，压降增大，U0 当磁场方向使电子、空穴向光滑面偏转时，复合率变小，外部表则现为电阻减小，电流增大，压降减小, U0,磁敏二极管的伏安特性,在给定磁场情况下，磁敏二极管两端正向偏压和通过它的电流的
6、关系曲线。,在一定条件下，磁敏二极管的输出电压的变化量U与外加磁场的关系,磁敏二极管的磁电特性：,磁敏二极管的磁电特性,互补使用时，正、反向磁灵敏度曲线对称，且在弱磁场下有较好的线性。,磁敏二极管与其它磁敏器件相比，具有以下特点：,(1)灵敏度高,磁敏二极管的灵敏度比霍尔元件高几百甚至上千倍，而且线路简单，成本低廉。 (2) 灵敏度与磁场关系呈线性的范围比较窄，但是弱磁场情况下具有较好的线性。 （3）具有正反磁灵敏度 磁敏二极管可用来检测交、直流磁场，特别适合于测量弱磁场；可用作借助磁场触发的无触点开关。,磁敏二极管2检测到转子磁场 磁敏管2输出信号给控制电路3 接通对应定子线圈1，产生对转子磁极的拉-推力 转子磁场顺序作用于各磁敏管 磁敏管顺序接通各定子线圈产生旋转磁场 使转子旋转,磁敏二极管应用 无刷直流电机,End,
