压电式传感器优秀6课件

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1、第六章第六章 磁电式传感器磁电式传感器压电式传感器优秀(6)课件第六章第六章 磁电式传感器磁电式传感器 定义定义：磁电式传感器是利用磁电作用将被测量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（如振动、位移、转动等）转换成电信号的一种传感器。传感器。 磁电作用：磁电作用：所有的磁信号与电信号之间所有的磁信号与电信号之间相互作用的现象。相互作用的现象。 压电式传感器优秀(6)课件电磁感应效应电磁感应效应霍尔效应霍尔效应电磁转换原理电磁转换原理1 磁电感应式磁电感应式2 霍尔式霍尔式3 磁栅式磁栅式压电式传感器优秀(6)课件一、工作原理一、工作原理一、工作原理一、工

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

3、的磁通的变化率：圈的磁通的变化率：圈的磁通的变化率： 6-1 6-1 磁电感应式传感器磁电感应式传感器压电式传感器优秀(6)课件二、类型二、类型二、类型二、类型 恒磁通式 变磁通式压电式传感器优秀(6)课件 1、变磁通式（变磁阻式、变磁通式（变磁阻式/变气隙式）变气隙式）测测测测频频频频：线线线线圈圈圈圈3 3中中中中产产产产生生生生的的的的感感感感应应应应电电电电势势势势的的的的变变变变化化化化频频频频率率率率等等等等于于于于齿齿齿齿轮轮轮轮4 4的的的的齿齿齿齿数数数数和转速的乘积。和转速的乘积。和转速的乘积。和转速的乘积。 不宜测高速不宜测高速不宜测高速不宜测高速压电式传感器优秀(6)课

4、件2 2、恒磁通式、恒磁通式、恒磁通式、恒磁通式压电式传感器优秀(6)课件三、应用三、应用压电式传感器优秀(6)课件压电式传感器优秀(6)课件四、磁电式传感器设计要点四、磁电式传感器设计要点工作气隙永久磁铁线圈组件压电式传感器优秀(6)课件6-2 6-2 霍尔式传感器霍尔式传感器压电式传感器优秀(6)课件霍尔效应：金属或半导体处于磁场霍尔效应：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流和磁场的方向上将产生电动势的现象。现象。一、工作原理一、工作原理压电式传感器优秀(6)课件NMz zy yx xd dl lb bIB压电式传

5、感器优秀(6)课件NMBFLIv vEy+EHFH压电式传感器优秀(6)课件+ + + + + + + +NIBz zy yMx xFL FHEH压电式传感器优秀(6)课件FH = -eEH = -eUHb(1)FL = evB(2)FL = -FH(3)I = -nevbd(5)(4)UH = bvB压电式传感器优秀(6)课件-11UH =(6)ne.dIB1=dIBRH=.IBkH压电式传感器优秀(6)课件UH.IB= kH=d1IBRHRH =ne-1霍尔系数，与材料有关。霍尔系数，与材料有关。kH =dRH霍尔灵敏度霍尔灵敏度压电式传感器优秀(6)课件霍尔电势方向判别：霍尔电势方向判别

6、：P P型材料：型材料：型材料：型材料：N N型材料：型材料：型材料：型材料：左手定则：左手定则：左手定则：左手定则： 四指四指四指四指指向电流方向指向电流方向指向电流方向指向电流方向 B B 穿过手心穿过手心穿过手心穿过手心 大拇指大拇指大拇指大拇指指向的是力的方向指向的是力的方向指向的是力的方向指向的是力的方向压电式传感器优秀(6)课件霍尔器件：利用霍尔效应工作的器件。霍尔器件：利用霍尔效应工作的器件。 分类分类集成度集成度a) 霍尔元件霍尔元件b) 霍尔集成电路霍尔集成电路 二、霍尔器件二、霍尔器件压电式传感器优秀(6)课件 分类分类输出信号输出信号a) 霍尔线性元件霍尔线性元件b) 霍

7、尔开关元件霍尔开关元件 压电式传感器优秀(6)课件 结构与选材结构与选材霍尔片（单晶薄片）霍尔片（单晶薄片）4根引线根引线壳体壳体压电式传感器优秀(6)课件UH.IB= kH=d1IBRH（1）对于金属而言，）对于金属而言，n很大，所以很大，所以RH很小，而半导体尤其是很小，而半导体尤其是N型半导体型半导体RH则则较大；较大； 结构与选材结构与选材压电式传感器优秀(6)课件UH.IB= kH=d1IBRH（2）kH与与d有关，所以霍尔元件一般有关，所以霍尔元件一般都很薄，如采用薄膜技术的薄膜霍尔都很薄，如采用薄膜技术的薄膜霍尔元件。元件。 结构与选材结构与选材压电式传感器优秀(6)课件原因：制

8、造工艺、使用条件、环境温原因：制造工艺、使用条件、环境温 度等因素，影响霍尔元件的转度等因素，影响霍尔元件的转 换精度。换精度。 误差及其补偿误差及其补偿压电式传感器优秀(6)课件误差类型误差类型v 零位误差零位误差v 温度误差温度误差 误差及其补偿误差及其补偿压电式传感器优秀(6)课件 当外界磁场当外界磁场B0时，输出的霍尔时，输出的霍尔电动势电动势UHUo 0，这种误差称为，这种误差称为零位零位误差误差。 误差及其补偿误差及其补偿v 零位误差零位误差压电式传感器优秀(6)课件 误差及其补偿误差及其补偿v 零位误差零位误差寄生直流电动势寄生直流电动势不等位电动势不等位电动势压电式传感器优秀(

9、6)课件 误差及其补偿误差及其补偿 霍尔元件在额定控制电流作用下，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不加外磁场时，霍尔输出端之间的空载电动势，称为载电动势，称为不等位电动势不等位电动势压电式传感器优秀(6)课件原因原因： 焊点不对称、电极不对称、电焊点不对称、电极不对称、电 阻率不均匀、厚薄不均匀。阻率不均匀、厚薄不均匀。 误差及其补偿误差及其补偿压电式传感器优秀(6)课件措施措施：加调节电阻：加调节电阻 X 误差及其补偿误差及其补偿压电式传感器优秀(6)课件 当通以交流控制电流而不加外磁场时，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，霍尔

10、输出除存在交流不等位电动势外，还有直流分量，称为还有直流分量，称为寄生直流电动势寄生直流电动势 误差及其补偿误差及其补偿压电式传感器优秀(6)课件措施措施：电极安装尽量欧姆接触、对称、：电极安装尽量欧姆接触、对称、 良好散热。良好散热。 误差及其补偿误差及其补偿原因原因：电极非完全的欧姆接触而形成：电极非完全的欧姆接触而形成 的整流效应。的整流效应。 压电式传感器优秀(6)课件 半导体材料的电阻率、迁移率、载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，即产生响霍尔元件的输出变化，即产生温度温度误差误差。 误差及其补偿误差及

11、其补偿v 温度误差温度误差压电式传感器优秀(6)课件电路补偿电路补偿 误差及其补偿误差及其补偿v 温度误差温度误差 措施措施选择温度系数小的材料选择温度系数小的材料压电式传感器优秀(6)课件B、选择合适的串、并、负载电阻、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）、采用温度补偿元件（如热敏电阻）D、桥路补偿、桥路补偿 误差及其补偿误差及其补偿A、采用恒流源和输入回路并联电阻、采用恒流源和输入回路并联电阻压电式传感器优秀(6)课件 A、恒流源供电、恒流源供电RpI压电式传感器优秀(6)课件霍尔元件不等位电势U0的温度补偿 桥路补偿电路桥路补偿电路压电式传感器优秀(6)课件符号符

12、号等效电桥等效电桥三、基本电路三、基本电路压电式传感器优秀(6)课件 由霍尔元件、差分放大器和射极跟由霍尔元件、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随器组成。输出电压和加在霍尔元件上的磁感强度的磁感强度B成比例，这类电路有很高成比例，这类电路有很高的灵敏度和优良的线性度，适用于各种的灵敏度和优良的线性度，适用于各种磁场检测。磁场检测。v 线性电路线性电路压电式传感器优秀(6)课件XVoVccVoBv 线性电路线性电路压电式传感器优秀(6)课件v 开关电路开关电路 霍尔开关电路霍尔开关电路又称霍尔数字电路，又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差分放大器，斯由稳压器、霍尔片、差分放

13、大器，斯密特触发器和输出级组成。密特触发器和输出级组成。 压电式传感器优秀(6)课件XVoVccVoBv 开关电路开关电路压电式传感器优秀(6)课件 霍尔传感器是一种霍尔传感器是一种磁传感器磁传感器和和磁磁电转换元件电转换元件，检测磁场及其变化，另，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。外各种与磁场有关的场合都可以应用。 四、应用四、应用压电式传感器优秀(6)课件 根据霍尔电势的表达式：根据霍尔电势的表达式：根据霍尔电势的表达式：根据霍尔电势的表达式：其应用可用于下述三个方面：其应用可用于下述三个方面：其应用可用于下述三个方面：其应用可用于下述三个方面： 控控制制电电流流I I

14、不不变变，传传感感器器处处于于非非均均匀匀磁磁场场中中，U UH H B B 。 可进行磁场、位移、角度、转速、加速度等测量。可进行磁场、位移、角度、转速、加速度等测量。可进行磁场、位移、角度、转速、加速度等测量。可进行磁场、位移、角度、转速、加速度等测量。 磁场不变，即磁场不变，即B B不变，不变， UHUH I I。 故凡能转换成电流变化的各量均能测量。故凡能转换成电流变化的各量均能测量。故凡能转换成电流变化的各量均能测量。故凡能转换成电流变化的各量均能测量。 I I、B B均变化，均变化， UHUH IBIB。 可用于乘法、功率等方面的计算与测量。可用于乘法、功率等方面的计算与测量。可用

15、于乘法、功率等方面的计算与测量。可用于乘法、功率等方面的计算与测量。UH.IB= kH=d1IBRH压电式传感器优秀(6)课件（1 1）直接测磁场强度；）直接测磁场强度；IBkUHH=1 1、应用范围与特点、应用范围与特点（2 2）衍生：电流、电压、位移、力、）衍生：电流、电压、位移、力、 速度、加速度等，人为的附加磁场。速度、加速度等，人为的附加磁场。 压电式传感器优秀(6)课件1 1）体积小，重量轻，功耗小，可靠性好；）体积小，重量轻，功耗小，可靠性好；2 2）响应频率高（可达）响应频率高（可达1MHZ1MHZ）；）；3 3）非接触式、可用于特殊应用环境；）非接触式、可用于特殊应用环境；4

16、 4）易于集成。）易于集成。线性、非机械、半导体线性、非机械、半导体压电式传感器优秀(6)课件5 5）霍尔线性器件霍尔线性器件的精度高、线性度好；的精度高、线性度好；6 6）霍尔开关器件霍尔开关器件无触点、无磨损、输无触点、无磨损、输 出波形清晰、无抖动、无回跳、位置出波形清晰、无抖动、无回跳、位置 重复精度高。重复精度高。压电式传感器优秀(6)课件测量过程演示压电式传感器优秀(6)课件a a）对移）对移 b b）侧移）侧移 c c）旋转）旋转 d d）遮断）遮断2 2、应用实例、应用实例位移、速度位移、速度压电式传感器优秀(6)课件检测齿轮的速度、齿形、齿数检测齿轮的速度、齿形、齿数 2 2

17、、应用实例、应用实例齿轮检测齿轮检测压电式传感器优秀(6)课件2 2、应用实例、应用实例齿轮检测齿轮检测压电式传感器优秀(6)课件汽车防抱死（汽车防抱死（ABS）系统霍尔传感器）系统霍尔传感器2 2、应用实例、应用实例ABSABS压电式传感器优秀(6)课件2 2、应用实例、应用实例ABSABS压电式传感器优秀(6)课件2 2、应用实例、应用实例ABSABS压电式传感器优秀(6)课件2 2、应用实例、应用实例钳形电流表钳形电流表压电式传感器优秀(6)课件 利用霍尔元件测地磁场，用于寻北、空间利用霍尔元件测地磁场，用于寻北、空间姿态等。姿态等。2 2、应用实例、应用实例霍尔电子罗盘霍尔电子罗盘压电

18、式传感器优秀(6)课件6-3 6-3 磁栅式传感器磁栅式传感器 与容栅式传感器非常相似，磁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。栅式传感器也是一种位移传感器。压电式传感器优秀(6)课件q 基本原理基本原理 类似于磁带录音原理，把周期性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。移信号到电信号的转变。压电式传感器优秀(6)课件q 基本类型基本类型长磁栅长磁栅圆磁栅圆磁栅线位移线位移角

19、位移角位移压电式传感器优秀(6)课件 类似于磁带录音，包括磁栅（或称类似于磁带录音，包括磁栅（或称磁尺）、磁头和检测电路三部分组成。磁尺）、磁头和检测电路三部分组成。v 磁栅磁栅相当于磁带，录有正弦波或矩相当于磁带，录有正弦波或矩 形波的周期信号；形波的周期信号；v 磁头磁头把磁信号转换称电信号；把磁信号转换称电信号；v 检测电路检测电路对电信号进行分析、处理。对电信号进行分析、处理。一、工作原理一、工作原理压电式传感器优秀(6)课件1 1、磁栅、磁栅N SN SN SN SS NS NS N磁性薄膜磁性薄膜基体基体节距节距W磁栅式传感器磁栅式传感器压电式传感器优秀(6)课件 在铁芯上绕了一个

20、线圈，构成磁头，在铁芯上绕了一个线圈，构成磁头，当磁头沿着磁栅表面移动时，产生感当磁头沿着磁栅表面移动时，产生感应电动势，当磁头运动的速度不同时，应电动势，当磁头运动的速度不同时，感应电动势的大小不一样，静止时，感应电动势的大小不一样，静止时，没有信号，所以动态磁头也叫速度响没有信号，所以动态磁头也叫速度响应式磁头。应式磁头。2 2、磁头、磁头动态磁头动态磁头压电式传感器优秀(6)课件v v2 2、磁头、磁头动态磁头动态磁头N SN SN SN SS NS NS N压电式传感器优秀(6)课件 也称磁通响应式，通过也称磁通响应式，通过Ui作用改变作用改变磁阻来调制输出信号。磁阻来调制输出信号。UiUo2 2、磁头、磁头静态磁头静态磁头压电式传感器优秀(6)课件2 2、磁头、磁头静态磁头静态磁头N SN SN SN SS NS NS Nv v压电式传感器优秀(6)课件 具有栅式传感器的一般特点；具有栅式传感器的一般特点； 相对于其他栅式传感器而言，精度相对于其他栅式传感器而言，精度 较低；较低； 易受外界磁场干扰；易受外界磁场干扰； W容易改变，即磁信号可以重录，容易改变，即磁信号可以重录， 适应性好。适应性好。1 1、特点、特点二、特点与应用二、特点与应用压电式传感器优秀(6)课件各种机床、回转台、检测仪器。各种机床、回转台、检测仪器。2 2、应用、应用压电式传感器优秀(6)课件