章压电式传感器磁敏式传感器课件

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1、现代检测技术现代检测技术 压电式传感器压电式传感器磁敏传感器磁敏传感器精勤求学 敦笃励志 果毅力行 忠恕任事章压电式传感器磁敏式传感章压电式传感器磁敏式传感器课件器课件 压电式传感器是一种压电式传感器是一种可逆型可逆型换能器，既可以将机械换能器，既可以将机械能转变为电能，又能将电能转变成机械能。其工作原理能转变为电能，又能将电能转变成机械能。其工作原理是利用某些物质的是利用某些物质的压电效应压电效应。压电常数压电常数d与材料和机械形变与材料和机械形变方向有关，方向有关，q的极性与变形的的极性与变形的形式有关。形式有关。压电式传感器压电式传感器章压电式传感器磁敏式传感器课件某些材料（如石英）当沿

2、着一定方向施加力变形，由某些材料（如石英）当沿着一定方向施加力变形，由于材料分子不具备中心对称性，其内部产生极化现象，同于材料分子不具备中心对称性，其内部产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，时在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，重新恢复到不带电状态，此现象称为重新恢复到不带电状态，此现象称为正压电效应正压电效应。压电效。压电效应是可逆的。应是可逆的。 逆压电效应逆压电效应是指当压电材是指当压电材料沿一定方向受到电场作用时，料沿一定方向受到电场作用时，相应的在一定的晶轴方向将产相应的在一定的晶轴方向将产生机械变形或机械应力，又称生机械变形或机械应力，

3、又称电致伸缩效应电致伸缩效应。当外加电场撤。当外加电场撤去后，晶体内部的应力或变形去后，晶体内部的应力或变形也随之消失。也随之消失。压电效应压电效应章压电式传感器磁敏式传感器课件纵轴纵轴 z-z称作称作光轴光轴，通过六棱柱棱线而垂直通过六棱柱棱线而垂直于光轴的轴线于光轴的轴线x-x称作称作电轴电轴，垂直于棱面的轴，垂直于棱面的轴线线 y-y称作称作机械轴。机械轴。 每个晶体单元中，每个晶体单元中，具有具有3 3个硅离子和个硅离子和6 6个氧个氧离子，氧离子是成对的，离子，氧离子是成对的，构成六边的形状。在没构成六边的形状。在没有外力的作用时，电荷有外力的作用时，电荷互相平衡，外部没有带互相平衡

4、，外部没有带电现象。电现象。压电效应压电效应章压电式传感器磁敏式传感器课件纵向压电效应纵向压电效应：沿电轴：沿电轴(x轴轴)施加作用力，电荷出现在与施加作用力，电荷出现在与x轴相垂轴相垂直的表面上。直的表面上。横向压电效应横向压电效应：沿机械轴：沿机械轴(y 轴轴)施加作用力，电荷仍出现在与施加作用力，电荷仍出现在与x 轴相垂直的表面上，但极性相反。轴相垂直的表面上，但极性相反。横向效应（垂直极化）横向效应（垂直极化）纵向效应（平行极化）纵向效应（平行极化）石英晶体石英晶体动画效果动画效果压电效应压电效应章压电式传感器磁敏式传感器课件1.压电常数压电常数表示产生电荷与作用力之间的关系；表示产生

5、电荷与作用力之间的关系；2.弹性模量弹性模量表示压电元件的刚度，刚度越大，固有表示压电元件的刚度，刚度越大，固有振动频率越高；振动频率越高；3.电阻率电阻率电阻率越大，压电元件内阻越大，将减少电阻率越大，压电元件内阻越大，将减少电荷泄漏；电荷泄漏；4.居里点居里点温度超过居里点时，压电材料的压电性能温度超过居里点时，压电材料的压电性能被破坏。居里点高，压电元件的工作温度范围大。被破坏。居里点高，压电元件的工作温度范围大。压电材料主要特征参数压电材料主要特征参数 章压电式传感器磁敏式传感器课件1. 压电晶体压电晶体性能优良，压电常数较小，常做标准高精度性能优良，压电常数较小，常做标准高精度传感器

6、。传感器。石英石英（SiO2）天然或人工合成。具有良好的机械强度和天然或人工合成。具有良好的机械强度和压电效应。压电系数较小，但压电效应。压电系数较小，但压电系数的时间和温度稳定性压电系数的时间和温度稳定性好好。在。在20200内，温度每升高内，温度每升高1，压电系数仅减小，压电系数仅减小0.016%，升高到，升高到200 时，仅减小时，仅减小 5% ，达到，达到573 时，失时，失去压电特性，此温度称为石英的去压电特性，此温度称为石英的居里点居里点。介电常数为。介电常数为4.5。主要压电材料主要压电材料 章压电式传感器磁敏式传感器课件2. 压电陶瓷压电陶瓷如钛酸钡、锆钛酸铅、铌镁酸铅等，由如

7、钛酸钡、锆钛酸铅、铌镁酸铅等，由多种材料经烧结合成，制作方便，成本低。压电常数多种材料经烧结合成，制作方便，成本低。压电常数一般比石英高数百倍。现代压电元件大多采用压电陶一般比石英高数百倍。现代压电元件大多采用压电陶瓷。缺点是机械强度和居里点较低，高温时容易老化，瓷。缺点是机械强度和居里点较低，高温时容易老化，在一般工业广泛应用。在一般工业广泛应用。3. 高分子压电材料高分子压电材料如如聚偏二氟乙烯（聚偏二氟乙烯（PVF2）、聚氯）、聚氯乙稀（乙稀（PVC）等，易于大量生产、面积大、柔软不易）等，易于大量生产、面积大、柔软不易破碎，可制成阵列器件，价格便宜。破碎，可制成阵列器件，价格便宜。 用

8、于微压和机器用于微压和机器人触觉。人触觉。4. 4. 压电半导体压电半导体具有压电和半导体两种特性，易于集成。具有压电和半导体两种特性，易于集成。主要压电材料主要压电材料 章压电式传感器磁敏式传感器课件压电传感器相当于压电传感器相当于电荷发生器电荷发生器，或，或平板电容器平板电容器，其电，其电容量为：容量为： S 压电片面积，压电片面积，压电材料介电常数，压电材料介电常数，极板间距。极板间距。电容两极板间开路电压为：电容两极板间开路电压为：压电式传感器主要是压电式传感器主要是利用纵向压电效应利用纵向压电效应。等效电路等效电路 章压电式传感器磁敏式传感器课件 压电材料有很大内阻压电材料有很大内阻

9、R，等效为电压源和电流源的，等效为电压源和电流源的电路分别为：电路分别为：等效电路等效电路 章压电式传感器磁敏式传感器课件w压电传感器本身产生的压电传感器本身产生的电荷量很小电荷量很小，且传感器本身的，且传感器本身的内内阻很大阻很大，因此，因此输出信号很微弱输出信号很微弱，给后续测量电路提出很高，给后续测量电路提出很高的要求。的要求。w由于传感器的内阻及后续测量电路输入电阻由于传感器的内阻及后续测量电路输入电阻Ri非无限非无限大，电路将按指数规律放电，造成测量误差。为了减小误大，电路将按指数规律放电，造成测量误差。为了减小误差，差，Ri越大越好越大越好。w电荷泄漏使得利用压电传感器测量静态或准

10、静态量非电荷泄漏使得利用压电传感器测量静态或准静态量非常困难。通常压电传感器常困难。通常压电传感器适宜作动态测量适宜作动态测量。w实际应用中为了增大输出值，压电传感器往往用两个实际应用中为了增大输出值，压电传感器往往用两个或两个以上的晶体或两个以上的晶体串联或并联串联或并联：压电传感器测量电路特点压电传感器测量电路特点 章压电式传感器磁敏式传感器课件并联时，输出电荷量大、并联时，输出电荷量大、电容大、时间常数大；电容大、时间常数大；适宜测量缓变信号和以电适宜测量缓变信号和以电荷输出的场合。荷输出的场合。串联时，输出电压大、电串联时，输出电压大、电容小、时间常数小。容小、时间常数小。适宜测量高频

11、信号和以电适宜测量高频信号和以电压输出的场合。压输出的场合。测量电路测量电路 章压电式传感器磁敏式传感器课件 电荷放大器电荷放大器的性能稳定，其输出不受电缆分布电容的性能稳定，其输出不受电缆分布电容的影响。的影响。 由于压电式传感器的输出电信号很微弱，通常先把由于压电式传感器的输出电信号很微弱，通常先把传感器信号先输入到高输入阻抗的传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器前置放大器：电压放电压放大器大器或或电荷放大器电荷放大器，对传感器输出的电压或电荷信号进，对传感器输出的电压或电荷信号进行放大处理，并实现阻抗变换，将传感器的高输出阻抗行放大处理，并实现阻抗变换，将传感器的高输出阻抗变为放大器

12、的低输出阻抗，再用一般的放大检波电路输变为放大器的低输出阻抗，再用一般的放大检波电路输入到指示仪表或记录器。入到指示仪表或记录器。 前置放大器的作用：放大信号、阻抗变换前置放大器的作用：放大信号、阻抗变换测量电路测量电路 章压电式传感器磁敏式传感器课件 电荷放大器是一个电荷放大器是一个高增益带电容负反馈的运算放大器高增益带电容负反馈的运算放大器，其输入阻抗极高。可将传感器的漏电阻其输入阻抗极高。可将传感器的漏电阻Ra和电荷放大器的输和电荷放大器的输入电阻入电阻Ri视为开路。视为开路。等效电路等效电路电荷放大器电荷放大器 章压电式传感器磁敏式传感器课件 表明表明: 在一定条件下，电荷放大器的输出

13、电压与外力在一定条件下，电荷放大器的输出电压与外力成正比，与反馈电容成反比，而与成正比，与反馈电容成反比，而与Ca、Cc和和Ci无关。无关。电荷放大器电荷放大器 章压电式传感器磁敏式传感器课件u 能量转换型传感器。能量转换型传感器。u 体积小体积小，重量轻重量轻，刚性好刚性好，可以提高其固有频率，可以提高其固有频率，得到得到较宽的工作频率范围较宽的工作频率范围。u 灵敏度高灵敏度高，稳定性好稳定性好，可靠可靠。对应于纵向压电效应。对应于纵向压电效应的传感器，电荷量与晶体的变形无关，因而灵敏度与的传感器，电荷量与晶体的变形无关，因而灵敏度与传感器刚度无关。传感器刚度无关。u 有有比较理想的线性比

14、较理想的线性，且通常没有滞后现象。，且通常没有滞后现象。u 低频特性较差，低频特性较差，主要用于动态测量。主要用于动态测量。压电式传感器的特点压电式传感器的特点 章压电式传感器磁敏式传感器课件动态力、机械冲击、振动、压力、形变、加速度、动态力、机械冲击、振动、压力、形变、加速度、位位移传感器移传感器等。等。压电式传感器的应用压电式传感器的应用 章压电式传感器磁敏式传感器课件 如左图所示：当被测物如左图所示：当被测物体与传感器一起受到冲击振体与传感器一起受到冲击振动时，压电元件受质量块惯动时，压电元件受质量块惯性力作用，根据牛顿第二定性力作用，根据牛顿第二定律，此惯性力是加速度的函律，此惯性力是

15、加速度的函数，即：数，即：F=ma传感器输出电荷为：传感器输出电荷为： 压电式传感器应用最多的是测力，尤其是对冲击、振动加速压电式传感器应用最多的是测力，尤其是对冲击、振动加速度的测量。在众多型式的测振传感器中，压电加速度传感器占度的测量。在众多型式的测振传感器中，压电加速度传感器占80%以上，如以上，如金属加工切削力传感器、玻璃破碎报警器等应用。金属加工切削力传感器、玻璃破碎报警器等应用。压电式传感器的应用压电式传感器的应用 章压电式传感器磁敏式传感器课件压电式传感器的应用压电式传感器的应用防水型防水型 高效高效 高灵敏度高灵敏度 压电天平式粉尘计压电天平式粉尘计 压电剪切式压电剪切式加速度

16、探头加速度探头 压电超能传感器压电超能传感器 章压电式传感器磁敏式传感器课件霍尔传感器霍尔传感器磁敏电阻磁敏电阻磁敏二极管、磁敏晶体管磁敏二极管、磁敏晶体管磁敏式传感器磁敏式传感器 磁电式传感器磁电式传感器章压电式传感器磁敏式传感器课件种类种类：变磁通式，也称磁阻式，由被测物体运动改变磁阻，：变磁通式，也称磁阻式，由被测物体运动改变磁阻，线圈与磁铁之间没有相对运动；线圈与磁铁之间没有相对运动； 恒磁通式，线圈与磁铁之间存在相对运动，分为动圈恒磁通式，线圈与磁铁之间存在相对运动，分为动圈式和动铁式。式和动铁式。原理原理：根据：根据电磁感应定律电磁感应定律，在任何电路或与磁通，在任何电路或与磁通交

17、链的交链的w匝线圈中，当匝线圈中，当随时间变化时，将感应出与磁通变随时间变化时，将感应出与磁通变化速率成正比的电压或电势：化速率成正比的电压或电势：磁电式传感器磁电式传感器 章压电式传感器磁敏式传感器课件例例1：闭磁路变磁通式：闭磁路变磁通式由被测物体运动引起磁通量变化，在线圈中产生感应电势。由被测物体运动引起磁通量变化，在线圈中产生感应电势。频数频数转速转速偏心量偏心量振动量振动量磁电式传感器磁电式传感器 章压电式传感器磁敏式传感器课件例例2：动铁恒磁通式：动铁恒磁通式，包括动圈式和动铁式，线圈和磁，包括动圈式和动铁式，线圈和磁铁间存在相对运动。铁间存在相对运动。B0 工作气隙磁工作气隙磁感

18、应强度；感应强度；L 每匝线圈平均每匝线圈平均长度；长度；W 线圈匝数；线圈匝数；v 相对运动速度相对运动速度构成线速度传感器构成线速度传感器磁电式传感器磁电式传感器 章压电式传感器磁敏式传感器课件例例3：电磁流量计：电磁流量计在在导电的、非磁性液体导电的、非磁性液体外部建立外部建立激励磁场，将产生与磁场和流动方向垂直的电动势。激励磁场，将产生与磁场和流动方向垂直的电动势。 此方法适用于导电、非磁性液体，输出与液体、此方法适用于导电、非磁性液体，输出与液体、密度、温度、粘滞度等无关，可用于血液流量测量。密度、温度、粘滞度等无关，可用于血液流量测量。液体流动方向由外到内液体流动方向由外到内 磁电

19、式传感器磁电式传感器 章压电式传感器磁敏式传感器课件 置于磁场中的载流导体，当置于磁场中的载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行电流和磁场时，载流导体上平行电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称为这种现象称为霍尔效应霍尔效应。霍尔式传感器霍尔式传感器 动画效果动画效果 章压电式传感器磁敏式传感器课件霍尔式传感器基本原理霍尔式传感器基本原理 载流子在磁场中受到载流子在磁场中受到洛伦兹力洛伦兹力的作用而发生偏转，从的作用而发生偏转，从而形成电场而形成电场E，当载流子受到的电场力与洛伦兹力达到动，当载流子受到的

20、电场力与洛伦兹力达到动态平衡时，累积电荷形成稳定的电势态平衡时，累积电荷形成稳定的电势UH 。其中其中 霍尔常数霍尔常数 磁场与元件平面法线方向的夹角磁场与元件平面法线方向的夹角 d 与磁场方向一致的霍尔元件厚度与磁场方向一致的霍尔元件厚度章压电式传感器磁敏式传感器课件由由 得知，得知，d 越小，越小， 越大，则感生电动越大，则感生电动势越大，故一般霍尔元件是由霍尔系数很大的势越大，故一般霍尔元件是由霍尔系数很大的N型半型半导体材料制作的薄片，厚度微米级。导体材料制作的薄片，厚度微米级。霍尔式传感器的结构霍尔式传感器的结构 章压电式传感器磁敏式传感器课件霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成。霍

21、尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成。 霍尔元件多采用霍尔元件多采用N型半导体材料型半导体材料（高的电阻率和载流（高的电阻率和载流子的迁移率）。目前最常用的霍尔元件材料有锗子的迁移率）。目前最常用的霍尔元件材料有锗(Ge)、硅硅(Si)、锑化铟、锑化铟(InSb)、砷化铟、砷化铟(InAs)等半导体材料。等半导体材料。霍尔式传感器的材料霍尔式传感器的材料 章压电式传感器磁敏式传感器课件霍尔元件的转换效率较低，实际应用中，可将几个霍尔霍尔元件的转换效率较低，实际应用中，可将几个霍尔元件的元件的输出串联输出串联或或采用运算放大器采用运算放大器放大，以获得较大的放大，以获得较大的UH。将霍尔元件与放大

22、、整形等电路集成在同一芯片上，具将霍尔元件与放大、整形等电路集成在同一芯片上，具有体积小、灵敏度高、价格便宜、性能稳定等优点。霍尔集有体积小、灵敏度高、价格便宜、性能稳定等优点。霍尔集成传感器有成传感器有线性型线性型和和开关型开关型两种。两种。霍尔式传感器的测量电路霍尔式传感器的测量电路 章压电式传感器磁敏式传感器课件线性型霍尔集成传感器线性型霍尔集成传感器将霍尔元件、恒流源和线性放大将霍尔元件、恒流源和线性放大器等集成在一块芯片上，输出电压较高（伏级），使用方便。器等集成在一块芯片上，输出电压较高（伏级），使用方便。线性型霍尔式传感器线性型霍尔式传感器 章压电式传感器磁敏式传感器课件开关型霍

23、尔集成传感器开关型霍尔集成传感器将霍尔元件、稳压器、差分放大器、将霍尔元件、稳压器、差分放大器、施密特触发器、施密特触发器、OC门（集电极开路输出门）等电路做在一块芯门（集电极开路输出门）等电路做在一块芯片上。当外加磁场强度达到或超过工作点时，片上。当外加磁场强度达到或超过工作点时，OC门由高阻态变门由高阻态变为导通状态，输出为低电平；当外加磁场强度低于释放点时，为导通状态，输出为低电平；当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变为高阻态，输出变为高电平。门重新变为高阻态，输出变为高电平。开关型霍尔式传感器开关型霍尔式传感器 章压电式传感器磁敏式传感器课件应用应用：磁场强度传感器（高斯计）；电流

24、、电压传感器；：磁场强度传感器（高斯计）；电流、电压传感器；位移、压力、加速度传感器等。位移、压力、加速度传感器等。特点特点：结构简单、体积小、噪声小、频率范围宽、动态范：结构简单、体积小、噪声小、频率范围宽、动态范围大围大(输出电势变化范围可达输出电势变化范围可达1000:1)、寿命长等。、寿命长等。霍尔式转速测量传感器霍尔式转速测量传感器根据霍尔传感器的输出脉冲数可计算出车轮转速根据霍尔传感器的输出脉冲数可计算出车轮转速霍尔式传感器的应用霍尔式传感器的应用 章压电式传感器磁敏式传感器课件 霍尔器件在霍尔器件在x方向上长度为方向上长度为b，x0 是位于气隙下的初始是位于气隙下的初始长度。此传

25、感器常采用差动结构。长度。此传感器常采用差动结构。 霍尔式位移传感器霍尔式位移传感器 章压电式传感器磁敏式传感器课件xUH0计数传感器计数传感器霍尔式计数传感器霍尔式计数传感器 章压电式传感器磁敏式传感器课件霍尔式传感器的应用霍尔式传感器的应用霍尔电流传感器霍尔电流传感器 霍尔电压传感器霍尔电压传感器 目前汽车中大部分使用的还是接触型目前汽车中大部分使用的还是接触型的传感器，非接触型传感器的价格不占优的传感器，非接触型传感器的价格不占优势，但它却具有势，但它却具有环保、耐用、抗震、易安环保、耐用、抗震、易安装装等接触型传感器无法匹敌的优点，向非等接触型传感器无法匹敌的优点，向非接触传感方向发展

26、将是大势所趋。在非接接触传感方向发展将是大势所趋。在非接触型传感器中，凭借着高可靠性等优势，触型传感器中，凭借着高可靠性等优势，霍尔效应传感器霍尔效应传感器(Hall Effect Sensor)在汽在汽车领域赢得广泛的应用空间。如车领域赢得广泛的应用空间。如检测齿轮检测齿轮齿速、油门位置、尾气再循环阀位置、马齿速、油门位置、尾气再循环阀位置、马达与传动的速度和位置、用于防锁闸和牵达与传动的速度和位置、用于防锁闸和牵引系统的车轮速度传感器、脚踏板、座椅引系统的车轮速度传感器、脚踏板、座椅安全带、刹车与离合器的位置、车锁、车安全带、刹车与离合器的位置、车锁、车窗及油耗窗及油耗等诸多方面。等诸多方

27、面。 章压电式传感器磁敏式传感器课件 当一载流半导体置于磁场中，其电阻值会随磁场而变当一载流半导体置于磁场中，其电阻值会随磁场而变化的这种现象称为化的这种现象称为磁阻效应磁阻效应。在磁场作用下，半导体片内。在磁场作用下，半导体片内电流分布是不均匀的，改变磁场的强弱就影响电流密度的电流分布是不均匀的，改变磁场的强弱就影响电流密度的分布，故表现为半导体片的电阻变化。分布，故表现为半导体片的电阻变化。式中：式中：0零磁场时的电阻率；零磁场时的电阻率；磁感应强度为磁感应强度为B时电阻率的变化量；时电阻率的变化量；K比例因子；比例因子；电子迁移率；电子迁移率；B磁感应强度；磁感应强度；L，b分别为磁敏电

28、阻的长（沿电流方向）和宽；分别为磁敏电阻的长（沿电流方向）和宽；f(L/b)形状效应系数。形状效应系数。磁敏电阻磁敏电阻 章压电式传感器磁敏式传感器课件磁阻效应与材料性质及几何形状有关，一般迁移率大磁阻效应与材料性质及几何形状有关，一般迁移率大的材料，磁阻效应愈显著；元件的长、宽比愈小，磁阻效的材料，磁阻效应愈显著；元件的长、宽比愈小，磁阻效应愈大。应愈大。与霍尔效应的区别与霍尔效应的区别：霍尔电势是指垂直于电流方向的横向：霍尔电势是指垂直于电流方向的横向电压，而磁阻效应则是沿电流方向的电阻变化。电压，而磁阻效应则是沿电流方向的电阻变化。磁阻效应磁阻效应 章压电式传感器磁敏式传感器课件磁敏电阻

29、常选用锑化铟（磁敏电阻常选用锑化铟（InSb）、砷化铟（）、砷化铟（InAs）和锑化铌和锑化铌 （ NiSb ）等半导体材料，在绝缘基片上蒸镀薄）等半导体材料，在绝缘基片上蒸镀薄的半导体材料，也可在半导体薄片上光刻或腐蚀成型的半导体材料，也可在半导体薄片上光刻或腐蚀成型（栅状结构）。（栅状结构）。磁敏电阻的结构和特性磁敏电阻的结构和特性 章压电式传感器磁敏式传感器课件主要特性：主要特性： 磁电特性磁电特性：电阻的增量与磁场的平方成正比；与：电阻的增量与磁场的平方成正比；与磁场的正负无关；磁场的正负无关； 温度特性温度特性：温度系数影响大；：温度系数影响大； 频率特性频率特性：工作频率范围大；磁

30、感应的范围比霍：工作频率范围大；磁感应的范围比霍尔元件大。尔元件大。磁敏电阻的结构和特性磁敏电阻的结构和特性 章压电式传感器磁敏式传感器课件接近开关和无触点开关、计数器；无接触线位移传接近开关和无触点开关、计数器；无接触线位移传感器；力、加速度等参数的测量；精密倾斜角测量等。感器；力、加速度等参数的测量；精密倾斜角测量等。R1、R2磁敏电阻位移传感器磁敏电阻位移传感器磁敏电阻的应用磁敏电阻的应用 线性、角度、旋转位线性、角度、旋转位移传感器，可以测量磁场移传感器，可以测量磁场强度。强度。 章压电式传感器磁敏式传感器课件磁敏二极管、三极管磁敏二极管、三极管 P型和型和N型电极由高阻材料制成，型电

31、极由高阻材料制成，I为本征区。为本征区。I区的区的r面粗糙，设置成高复合区（面粗糙，设置成高复合区（r区），目的是使电子空穴区），目的是使电子空穴对易于在粗糙表面复合而消失；另一面比较光滑。对易于在粗糙表面复合而消失；另一面比较光滑。磁敏二极管磁敏二极管 章压电式传感器磁敏式传感器课件磁场强度的改变引起电流发生变化，实现磁电转换。磁场强度的改变引起电流发生变化，实现磁电转换。当磁敏二极管受到外界磁场当磁敏二极管受到外界磁场H+作用时，电子和空穴受到洛仑作用时，电子和空穴受到洛仑兹力的作用向兹力的作用向r区偏转，电子和空穴复合速度加快，所形成的电区偏转，电子和空穴复合速度加快，所形成的电流减小；

32、流减小；当磁敏二极管受到外界磁场当磁敏二极管受到外界磁场H作用时，电子和空穴受到洛作用时，电子和空穴受到洛仑兹力的作用向仑兹力的作用向I区偏转，电子和空穴复合速度减慢，所形成的区偏转，电子和空穴复合速度减慢，所形成的电流增大。电流增大。磁敏二极管工作原理磁敏二极管工作原理 章压电式传感器磁敏式传感器课件 如果外加正向偏压，即如果外加正向偏压，即P区接正，区接正，N区接负，那么将会有大量区接负，那么将会有大量空穴从空穴从P区注入到区注入到I区，同时也有大量电子从区，同时也有大量电子从N区注入到区注入到I区，如将区，如将这样的磁敏三极管置于磁场中，则注入的电子和空穴都要受到洛这样的磁敏三极管置于磁

33、场中，则注入的电子和空穴都要受到洛仑兹力的作用而向一个方向偏转，当磁场方向使电子和空穴向仑兹力的作用而向一个方向偏转，当磁场方向使电子和空穴向r面面偏转时，它们将因复合而消失，因而电流很小；当磁场方向使电偏转时，它们将因复合而消失，因而电流很小；当磁场方向使电子和空穴向光滑面偏转时它们的复合率变小，电流就大。子和空穴向光滑面偏转时它们的复合率变小，电流就大。磁敏三极管工作原理磁敏三极管工作原理 章压电式传感器磁敏式传感器课件由此可见，高复合面与光滑面的复合率差别愈大，磁敏三由此可见，高复合面与光滑面的复合率差别愈大，磁敏三极管的灵敏度也就愈高。磁敏三极管在不同的磁场强度和方向极管的灵敏度也就愈

34、高。磁敏三极管在不同的磁场强度和方向下的伏安特性曲线不同。利用这些特性曲线就能根据某一偏压下的伏安特性曲线不同。利用这些特性曲线就能根据某一偏压下的电流值来确定磁场的大小和方向。下的电流值来确定磁场的大小和方向。 在正反向磁场作用下，其集电极电流出现明显变化。在正反向磁场作用下，其集电极电流出现明显变化。当当受到正向磁场受到正向磁场(H+) (H+) 作用时，载流子向发射极一侧偏转，使作用时，载流子向发射极一侧偏转，使集电极电流减小。当受到负向磁场集电极电流减小。当受到负向磁场(H-)(H-)作用时，载流子向集作用时，载流子向集电极一侧偏转，使集电极电流增大。电极一侧偏转，使集电极电流增大。章

35、压电式传感器磁敏式传感器课件(1) 灵敏度高灵敏度高，磁敏三极管的灵敏度比霍尔元件高几百甚至，磁敏三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，更适合于测量弱磁场。上千倍，而且线路简单，成本低廉，更适合于测量弱磁场。(2) 具有具有正反磁灵敏度正反磁灵敏度，这一点是磁阻器件所欠缺的。，这一点是磁阻器件所欠缺的。(3) 灵敏度与磁场关系呈灵敏度与磁场关系呈线性的范围比较窄线性的范围比较窄。这一点不如霍。这一点不如霍尔元件。磁敏三极管可用来检测交、直流磁场，特别适合于尔元件。磁敏三极管可用来检测交、直流磁场，特别适合于测量弱磁场；可制作箝位电流计，对高压线进行不断线、无测量弱磁

36、场；可制作箝位电流计，对高压线进行不断线、无接触电流测量；还可作无触点开关，无接触电位计等。接触电流测量；还可作无触点开关，无接触电位计等。磁敏三极管的特点磁敏三极管的特点 章压电式传感器磁敏式传感器课件1待测物，待测物，2激励线圈，激励线圈，3铁芯，铁芯，4放大器，放大器，5磁敏二极管探头磁敏二极管探头磁敏二极管、三极管应用磁敏二极管、三极管应用 章压电式传感器磁敏式传感器课件问答题：问答题： 1 什么叫压电晶体的居里点？什么叫压电晶体的居里点？ 2 什么是正压电效应？什么是逆压电效应？什么是正压电效应？什么是逆压电效应？3 压电式传感器的测量电路中为什么要加入前置放大器压电式传感器的测量电

37、路中为什么要加入前置放大器？电荷放大器有何特点？电荷放大器有何特点？ 4 试说明为什么不能用压电传感器测量变化比较缓慢的试说明为什么不能用压电传感器测量变化比较缓慢的信号？信号？ 作作 业业章压电式传感器磁敏式传感器课件1. 什么是霍尔效应？为什么半导体材料适合于作霍尔元件什么是霍尔效应？为什么半导体材料适合于作霍尔元件？ 2. 霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件能够测量哪些物理参数？3. 简述霍尔传感器的特点。简述霍尔传感器的特点。 4. 简述霍尔位移传感器的工作原理。简述霍尔位移传感器的工作原理。 5. 什么是磁阻效应？什么是磁阻效应？作作 业业章压电式传感器磁敏式传感器课件章压电式传感器磁敏式传感章压电式传感器磁敏式传感器课件器课件