《磁电磁敏式传感器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磁电磁敏式传感器（129页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第第6 6章章 磁电、磁敏式传感器磁电、磁敏式传感器主要内容：主要内容： 6.1 6.1 磁电感应式传感器磁电感应式传感器 6.2 6.2 霍尔式传感器霍尔式传感器 6.3 6.3 磁敏磁敏元件元件 传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器 电感电感式传感器是把被测量转换成式传感器是把被测量转换成电感量电感量( (自感、互感）自感、互感）的变化；的变化； 磁电磁电式传感器是将被测量转换为式传感器是将被测量转换为磁场磁场变化
2、，引起电动势输出变变化，引起电动势输出变化。化。磁电感应式速度磁电感应式速度磁电感应式速度磁电感应式速度传感器传感器传感器传感器霍尔开关霍尔开关霍尔开关霍尔开关基基于于巨巨磁磁电电阻阻效效应应的的i iG GMMR R传传感感器器传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁磁磁磁电电电电式式式式传传传传感感感感器器器器是是是是利利利利用用用用电电电电磁磁磁磁感感感感应应应应原原原原理理理理，通通通通过过过过检检检检测测测测磁磁磁磁场场场场的的的的变变变变化化化化将将将将运运运运动动动动的的的的速速速速度度度度、位位位位移移移移、振
3、振振振动动动动等等等等物物物物理理理理量量量量（机机机机械械械械能能能能）转转转转换换换换成成成成线线线线圈中的感应电动势（电量）输出。是典型的圈中的感应电动势（电量）输出。是典型的圈中的感应电动势（电量）输出。是典型的圈中的感应电动势（电量）输出。是典型的有源传感器有源传感器有源传感器有源传感器。6.16.1磁电感应式传感器磁电感应式传感器磁电感应式传感器磁电感应式传感器导导导导体体体体和和和和磁磁磁磁场场场场发发发发生生生生相相相相对对对对运运运运动动动动时时时时，在在在在导导导导体体体体两两两两端端端端有有有有感感感感应应应应电电电电动动动动势势势势输输输输出出出出，磁磁磁磁电电电电感感
4、感感应应应应式式式式传传传传感感感感器器器器工工工工作作作作时时时时不不不不需需需需要要要要外外外外加加加加电电电电源源源源，可可可可直直直直接接接接将将将将被被被被测测测测物物物物体体体体的的的的机械能转换为电量机械能转换为电量机械能转换为电量机械能转换为电量输出。输出。输出。输出。机机械械能能磁电式传感器磁电式传感器电电量量6.1.1 6.1.1 6.1.1 6.1.1 磁电感应式传感器结构、原理磁电感应式传感器结构、原理磁电感应式传感器结构、原理磁电感应式传感器结构、原理传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式磁电式
5、结构结构：传感器由：传感器由磁钢磁钢、线圈线圈、弹簧弹簧、阻尼器阻尼器和和壳壳体体等组成，是典型的二阶惯性系统等组成，是典型的二阶惯性系统.根据原理有两种磁电感应式传感器：根据原理有两种磁电感应式传感器：恒磁通式恒磁通式:恒定磁场，运动部件是恒定磁场，运动部件是线圈线圈也可以是也可以是磁铁磁铁。变磁通式变磁通式:线圈、磁铁静止不动，线圈、磁铁静止不动，转动转动物体引起物体引起磁阻磁阻、磁通磁通变化。变化。 恒磁通式恒磁通式（a）开磁路 （b）闭磁路变磁通式变磁通式 传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器动钢型动钢型动圈型动圈型
6、恒磁通式测振动恒磁通式测振动恒磁通式恒磁通式传感器通常传感器通常用做用做机械振动测量机械振动测量。振动传感器结构大体振动传感器结构大体分两种分两种: : 动圈型动圈型 永久磁铁与壳固定永久磁铁与壳固定 动钢型动钢型 线圈与壳体固定线圈与壳体固定6.1.1 6.1.1 6.1.1 6.1.1 磁电感应式传感器结构、原理磁电感应式传感器结构、原理磁电感应式传感器结构、原理磁电感应式传感器结构、原理第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器传感与检测技术传感与检测技术v 动圈式振动速度传感器动圈式振动速度传感器磁电式绝对速度计磁电式绝对速度计: :1弹簧；弹簧；2
7、壳体壳体;3阻尼环阻尼环;4磁钢磁钢;5线圈线圈;6芯轴；芯轴；固有频率固有频率1015Hz，=0.50.7，上限频率，上限频率1k。6.1.1 6.1.1 6.1.1 6.1.1 磁电感应式传感器结构、原理磁电感应式传感器结构、原理磁电感应式传感器结构、原理磁电感应式传感器结构、原理第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器传感与检测技术传感与检测技术这种惯性式传感器，不需要静止的参考基准，直接安装在这种惯性式传感器，不需要静止的参考基准，直接安装在被测体上，工作时传感器不需要加电压被测体上，工作时传感器不需要加电压; ; 线圈随被测物体运动，直接将机械能
8、转换为电能输出，是线圈随被测物体运动，直接将机械能转换为电能输出，是典型的典型的发电型发电型传感器。传感器。1-1-弹簧片弹簧片, 2-, 2-阻尼环，阻尼环，3-3-磁铁，磁铁，4-4-铝支架，铝支架，5-5-芯轴芯轴, 6-, 6-线圈，线圈，7-7-壳体壳体, 8-, 8-引线引线v 动圈式振动速度传感器动圈式振动速度传感器6.1.1 6.1.1 6.1.1 6.1.1 磁电感应式传感器结构、原理磁电感应式传感器结构、原理磁电感应式传感器结构、原理磁电感应式传感器结构、原理传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器 变磁通变
9、磁通式又称为变磁阻式，线圈、磁铁静止不动，式又称为变磁阻式，线圈、磁铁静止不动， 测转速时测转速时, , 转动物体（齿轮的凹凸）引起转动物体（齿轮的凹凸）引起磁阻或磁通磁阻或磁通变化。变化。开磁路闭磁路（a）开磁路）开磁路（b）闭磁路）闭磁路6.1.1 6.1.1 6.1.1 6.1.1 磁电感应式传感器结构、原理磁电感应式传感器结构、原理磁电感应式传感器结构、原理磁电感应式传感器结构、原理传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器vv根根根根据据据据电电电电磁磁磁磁感感感感应应应应定定定定律律律律，线线线线圈圈圈圈在在在在磁磁磁
10、磁场场场场中中中中运运运运动动动动切切切切割割割割磁磁磁磁力力力力线线线线，线线线线圈圈圈圈内内内内产产产产生生生生感感感感应应应应电电电电动动动动势势势势的的的的大大大大小小小小与与与与穿穿穿穿过过过过线线线线圈圈圈圈磁磁磁磁通通通通变变变变化化化化率有关。率有关。率有关。率有关。式中：式中：式中：式中：B B 磁感应强度，磁感应强度，磁感应强度，磁感应强度，N N 线圈匝数，线圈匝数，线圈匝数，线圈匝数，L L每匝线圈长度，每匝线圈长度，每匝线圈长度，每匝线圈长度，V V运动速运动速运动速运动速度度度度 线圈绕组中的感应电势与磁场、线圈线圈绕组中的感应电势与磁场、线圈线圈绕组中的感应电势与
11、磁场、线圈线圈绕组中的感应电势与磁场、线圈的匝数圈数及运动速度有关，感应电的匝数圈数及运动速度有关，感应电的匝数圈数及运动速度有关，感应电的匝数圈数及运动速度有关，感应电动势可以表示为动势可以表示为动势可以表示为动势可以表示为 6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 基本特性基本特性基本特性基本特性第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 基本特性基本特性基本特性基本特性传感与检测技术传感与检测技术电压电压灵敏度灵敏度： 由由 可确定可确定灵敏度灵敏度 为为常数常数电流电流灵敏度灵敏度: :可定义出磁电
12、感应式传感器灵敏度可定义出磁电感应式传感器灵敏度 对于结构确定的磁电式传感器，输出正比于振动速度对于结构确定的磁电式传感器，输出正比于振动速度理想输出特性理想输出特性6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 基本特性基本特性基本特性基本特性 传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器实际输出特性（灵敏度）是非线性的，实际输出特性（灵敏度）是非线性的，偏离的原因：偏离的原因：当振动速度很小时（当振动速度很小时（a），惯性力不足以），惯性力不足以克服传感器活动部件的克服传感器活动部件的静摩擦力静摩擦力，因此线圈，因此线圈与磁铁不
13、存在相对运动，因此无输出；与磁铁不存在相对运动，因此无输出；当当a超过超过b时，惯性力克服静摩擦力，有时，惯性力克服静摩擦力，有相对运动，但相对运动，但摩擦阻尼摩擦阻尼使输出特性非线性；使输出特性非线性；当速度超过当速度超过b到达到达c时时惯性惯性太大超过弹性形变太大超过弹性形变范围，输出出现饱和；范围，输出出现饱和；这种传感器的输出在很小和很大情况下是非这种传感器的输出在很小和很大情况下是非线性的，但实际的工作范围较大线性的，但实际的工作范围较大,实用性较强。实用性较强。振动传感器输出特性振动传感器输出特性超过弹性形变范围超过弹性形变范围输出出现饱和输出出现饱和6.1.2 6.1.2 6.1
14、.2 6.1.2 基本特性基本特性基本特性基本特性传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器技术参数：技术参数：灵敏度：灵敏度：2050mVmmSec1（根据用户调整）（根据用户调整）频率响应（可选）：频率响应（可选）：5100Hz，10500Hz，101000Hz固有频率：约固有频率：约10Hz振幅极限：振幅极限：2mm（峰（峰-峰值）峰值）最大加速度：最大加速度：10g S-ZS型磁电式型磁电式振动速度传感器振动速度传感器 国产国产S-ZS型振动速度传感器，与振动型振动速度传感器，与振动监控仪或振动烈度监控仪配接后，可监控仪或
15、振动烈度监控仪配接后，可以测量各种位移、速度等，用来对机以测量各种位移、速度等，用来对机械故障进行预测和报警。械故障进行预测和报警。振动速度传感器振动速度传感器主要用于对转速主要用于对转速6006000转转/分旋转机械的振动烈度进行分旋转机械的振动烈度进行长期监测，长期监测，振动烈度监控仪振动烈度监控仪6.1.3 6.1.3 6.1.3 6.1.3 测量电路测量电路测量电路测量电路传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器n 信号输出经测量电路转换可获得信号输出经测量电路转换可获得位移位移和和加速度加速度 直接输出直接输出电动势，
16、测量速度信号；电动势，测量速度信号； 接入接入积分积分电路可测量电路可测量位移位移信号；信号； 接入接入微分微分电路可测量电路可测量加速度加速度信号。信号。磁电传感器根本上是速度传感器磁电传感器根本上是速度传感器，磁铁与线圈磁铁与线圈之间相对运之间相对运动时，能量全被弹簧吸收，磁路线圈切割磁力线产生于正动时，能量全被弹簧吸收，磁路线圈切割磁力线产生于正比速度的感应电动势，比速度的感应电动势，由此输出可直接获得速度信号。由此输出可直接获得速度信号。 永久磁铁与线圈间的相对位移十分接近振动体的绝对位移，永久磁铁与线圈间的相对位移十分接近振动体的绝对位移，永久磁铁与线圈间的相对位移十分接近振动体的绝
17、对位移，永久磁铁与线圈间的相对位移十分接近振动体的绝对位移，相对运动速度相对运动速度相对运动速度相对运动速度就接近振动体的就接近振动体的就接近振动体的就接近振动体的振动速度振动速度振动速度振动速度。6.1.3 6.1.3 测量电路测量电路传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器位移位移速度速度加速度加速度第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6.1.3 6.1.3 6.1.3 6.1.3 测量电路测量电路测量电路测量电路传感与检测技术传感与检测技术v 速度经时间积分，可测量位移速度经时间积
18、分，可测量位移If CIi Re = uiu u0 0- -+ +理想运放理想运放RC称积分时间常数称积分时间常数根据根据设电容上初始电压为零，输出电压是输入电压对时间积分设电容上初始电压为零，输出电压是输入电压对时间积分uitu0t6.1.3 6.1.3 6.1.3 6.1.3 测量电路测量电路测量电路测量电路传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器v 速度经微分电路速度经微分电路 可测量加速度可测量加速度 If RfIc Cuiu0- -+ +理想运放理想运放因为因为 u0tuit第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁
19、电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6.1.4 6.1.4 6.1.4 6.1.4 应用应用应用应用传感与检测技术传感与检测技术1. 1. 磁电式扭距传感器磁电式扭距传感器圆盘齿引起磁通量变化，在线圈中感应出交流电压；圆盘齿引起磁通量变化，在线圈中感应出交流电压；当当扭扭距距作作用用在在转转轴轴上上时时，两两个个磁磁电电传传感感器器输输出出的的感感应应电电压压u1、u2存存在在相相位位差差，相相差差与与扭扭距距的的扭扭转转角角成成正正比比，传传感感器器可可以以将将扭距引起的扭转角转换成相位差的电信号。扭距引起的扭转角转换成相位差的电信号。转轴转轴测量电路测量电路磁电传感器磁电传感器1 1磁电传感
20、器磁电传感器2 2齿型转盘齿型转盘u1u2u ut信号频信号频率率=转数转数齿数齿数第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6.1.4 6.1.4 6.1.4 6.1.4 应用应用应用应用传感与检测技术传感与检测技术2. 2. 磁电式转速传感器磁电式转速传感器使探头对准测速齿轮的中部，调节探头与齿顶的距离为使探头对准测速齿轮的中部，调节探头与齿顶的距离为1mm。测得的传感器输出信号脉冲的频率就可以计算出测速齿轮的转速。测得的传感器输出信号脉冲的频率就可以计算出测速齿轮的转速。设齿轮齿数为设齿轮齿数为N，脉冲频率为，脉冲频率为f，转速为：转速为：n = f/
21、N磁电转速传感器的工作方式磁电转速传感器的工作方式转速的单位是转速的单位是转转/分钟分钟，所以，所以要再乘以要再乘以60，才是转速数据，才是转速数据，即即 nz= 60f/N在使用在使用60齿齿的发讯齿轮时就可的发讯齿轮时就可以得到一个简单的转速公式以得到一个简单的转速公式n=f，可用频率计测量转速。，可用频率计测量转速。这就是在工业中转速测量中齿这就是在工业中转速测量中齿轮多为轮多为60齿的原因。齿的原因。第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6.1.4 6.1.4 6.1.4 6.1.4 应用应用应用应用传感与检测技术传感与检测技术3. 3. 机械振
22、动监测机械振动监测机机械械振振动动监监视视系系统统是是监监测测飞飞机机在在飞飞行行中中发发动动机机振振动动变变化化趋趋势势的的系系统统。磁磁电电式式振振动动传传感感器器固固定定在在发发动动机机上上，直直接接感感受受发发动动机机的的机机械械振振动动，并并输出正比于振动速度的电压信号。输出正比于振动速度的电压信号。因因传传感感器器接接收收飞飞机机上上各各种种频频率率的的振振动动信信号号，必必须须经经滤滤波波电电路路将将其其它它频频率率信信号号衰衰减减后后，才才可可能能准准确确测测量量出出发发动动机机的的振振动动速速度度。当当振振动动量量超超过过规规定定值值时时，发发出出报报警警信信号号，飞飞行行员
23、员可可随随时时采采取取紧紧急急措措施施，避避免免事事故故发发生。生。传传感感器器滤波滤波放大放大检波检波告警告警电路电路告警告警显示器显示器机械振动监视系统原理框图机械振动监视系统原理框图u ut第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6.1.4 6.1.4 6.1.4 6.1.4 应用应用应用应用传感与检测技术传感与检测技术转转子子底底座座的的振振动动可可采采用用加加速速度度传传感感器器和和速速度度传传感感器器两两种种方式进行测量。方式进行测量。将将带带有有磁磁座座的的加加速速度度和和速速度度传传感感器器放放置置在在试试验验台台的的底底座座上上，将将传传
24、感感器器的的输输出出经经变变送送器器接接A/DA/D采采集集通通道道，输输入入到到计计算机中。算机中。加速度和速度传感器振动测量4. 4. 加速度和速度传感器振动测量加速度和速度传感器振动测量6.1.4 6.1.4 6.1.4 6.1.4 应用应用应用应用传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器 航空航天发动机等设备的振动实验；航空航天发动机等设备的振动实验； 兵器，坦克、火炮发射的振动持续时间影响第二次发射；兵器，坦克、火炮发射的振动持续时间影响第二次发射； 民用，机床、车辆、建筑、桥梁、大坝振动监测。民用，机床、车辆、建筑、
25、桥梁、大坝振动监测。工程上可采用工程上可采用频谱分析频谱分析识别信号中的识别信号中的周期分量周期分量，通过测量，通过测量的振动信号进行频谱分析，确定最大幅值的频率分量，然的振动信号进行频谱分析，确定最大幅值的频率分量，然后找出故障。后找出故障。大型大型空气压缩机空气压缩机传动装置故障诊断案例示意图传动装置故障诊断案例示意图6.1.4 6.1.4 6.1.4 6.1.4 应用应用应用应用传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器电磁式继电器电磁式继电器电磁式继电器电磁式继电器6.1.4 6.1.4 6.1.4 6.1.4 应用应用应
26、用应用传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器电磁式继电器电磁式继电器电磁式继电器电磁式继电器电磁式电磁式电磁式电磁式流量计流量计流量计流量计6.1.4 6.1.4 6.1.4 6.1.4 应用应用应用应用传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6.1.4 6.1.4 6.1.4 6.1.4 应用应用应用应用传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器电表结构电表结构电表结构电表结构第第第第6 6 6
27、6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6.1.4 6.1.4 6.1.4 6.1.4 应用应用应用应用传感与检测技术传感与检测技术磁通计原理磁通计原理磁通计原理磁通计原理传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器 磁电式振动传感器的特点磁电式振动传感器的特点磁磁电电式式振振动动传传感感器器是是惯惯性性式式传传感感器器，不不需需要要静静止止的的基基准准参参考考，可可直直接接装装在在被被测测体体上上，适适合合作作机机械械振振动动测测量量、转转速速测测量。量。磁磁电电式式传传感感器器是是发发电电型型传传感感器器，工工
28、作作时时可可不不加加电电压压，直直接接将机械能转化为电能输出。将机械能转化为电能输出。速速度度传传感感器器的的输输出出电电压压正正比比于于速速度度信信号号，便便于于直直接放大。接放大。输输出出功功率率大大，稳稳定定可可靠靠，可可简简化化二二次次仪仪表表，但但传传感感器器尺尺寸寸大大、重重，频频率率响响应应低低，通通常常在在10100Hz。输输出出阻阻抗抗低低几几十几千欧，对后置电路要求低，干扰小。十几千欧，对后置电路要求低，干扰小。出去活动一下出去活动一下第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6.2 6.2 6.2 6.2 霍尔式传感器霍尔式传感器霍尔式
29、传感器霍尔式传感器 传感与检测技术传感与检测技术随随随随着着着着半半半半导导导导体体体体技技技技术术术术的的的的发发发发展展展展，磁磁磁磁敏敏敏敏元元元元件件件件得得得得到到到到应应应应用用用用和和和和发发发发展展展展， 广广广广泛泛泛泛用用用用于于于于自自自自动动动动控控控控制制制制、信信信信息息息息传传传传递递递递、电电电电磁磁磁磁场场场场、生生生生物物物物医医医医学学学学等等等等方方方方面面面面的的的的电电电电磁磁磁磁、压力、加速度、振动测量。压力、加速度、振动测量。压力、加速度、振动测量。压力、加速度、振动测量。 磁场强度与磁场源的分布磁场强度与磁场源的分布F而与人们相关的磁场范围很宽
30、；而与人们相关的磁场范围很宽；一般的磁敏传感器检测的最低磁一般的磁敏传感器检测的最低磁场只能测到场只能测到10-6高斯。高斯。霍尔传感器是一种磁敏元件，霍尔传感器是一种磁敏元件，主要用于主要用于磁场磁场检测检测6.2 6.2 6.2 6.2 霍尔式传感器霍尔式传感器霍尔式传感器霍尔式传感器传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器测磁的方法：测磁的方法：利用利用电磁感应电磁感应作用的传感器（强磁场）作用的传感器（强磁场）如：磁头、机电设备、测转速、磁性标定、差动变压器；如：磁头、机电设备、测转速、磁性标定、差动变压器；利用利用磁敏
31、电阻、磁敏二极管、霍尔元件磁敏电阻、磁敏二极管、霍尔元件测量磁场；测量磁场；利用利用超导效应传感器超导效应传感器，SQVID约瑟夫元件；约瑟夫元件；利用利用核磁共振的传感器核磁共振的传感器，有光激型、质子型。，有光激型、质子型。利用利用磁作用传感器，磁针、表头、继电器。磁作用传感器，磁针、表头、继电器。随着半导体技术的发展，磁敏传感器正向薄膜化，随着半导体技术的发展，磁敏传感器正向薄膜化，微型化和集成化方向发展。微型化和集成化方向发展。名称名称工作原理工作原理工作范工作范围主要用途主要用途霍霍尔尔效效应器件器件霍霍尔尔效效应10-710T磁磁场测量，位置速度量，位置速度传感器，感器，电流、流、
32、电压传感感半半导体磁敏体磁敏电阻阻磁阻效磁阻效应10-31T旋旋转和角度和角度测量量磁敏二极管磁敏二极管电流的磁流的磁场调制制10-610T位置、速度、位置、速度、电流、流、电压传感感磁敏晶体管磁敏晶体管集集电极（或漏极）极（或漏极）电流的磁流的磁场调制制10-610T位置、速度、位置、速度、电流、流、电压传感感载流子畴器件流子畴器件载流子畴磁流子畴磁场调制制10-61T磁磁强强计金属膜磁敏金属膜磁敏电阻器阻器磁敏磁敏电阻的各向异性阻的各向异性10-310-2T磁磁读头、旋、旋转编码器器巨磁巨磁电阻器阻器磁耦合多磁耦合多层膜或自旋膜或自旋阀10-310-2T高密度磁高密度磁读头非金属磁非金属磁
33、传感器感器磁率磁率10-910-3T磁磁读头、旋、旋转编码器器巨磁阻抗巨磁阻抗传感器感器巨磁阻抗或巨磁感巨磁阻抗或巨磁感应10-1010-4T旋旋转、位置，大、位置，大电流流传感感磁性温度磁性温度传感器感器居里点居里点变化化-50250热磁开关，温度磁开关，温度检测磁致伸磁致伸缩传感器感器磁致伸磁致伸缩效效应各种力学量各种力学量测量量磁磁电感感应传感器感器法拉第法拉第电磁感磁感应效效应10-3100T磁磁场测量及位置速度量及位置速度传感感磁通磁通门磁磁强强计材料的材料的B-H饱和特性和特性10-1110-2T磁磁场测量量核磁共振磁核磁共振磁强强计核磁共振核磁共振10-1210-2T磁磁场精度精
34、度测量量磁光磁光传感器感器法拉第或磁致伸法拉第或磁致伸缩效效应10-10102T磁磁场及及电流、流、电压测量量超超导量子干涉器件量子干涉器件约瑟夫瑟夫逊效效应0-1410-8T生物磁生物磁场测量量主要磁敏元件及磁场强度分布主要磁敏元件及磁场强度分布传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器 霍霍霍霍尔尔尔尔传传传传感感感感器器器器属属属属于于于于半半半半导导导导体体体体磁磁磁磁敏敏敏敏元元元元件件件件，磁磁磁磁敏敏敏敏元元元元件件件件也也也也是是是是基基基基于于于于磁磁磁磁电电电电转转转转换换换换原原原原理理理理，是是是是把把把把
35、磁磁磁磁学学学学物物物物理理理理量量量量转转转转换换换换成成成成电电电电信信信信号号号号的的的的传传传传感感感感器。器。器。器。 特点：结构简单、体积小、动态特性好、寿命长。特点：结构简单、体积小、动态特性好、寿命长。特点：结构简单、体积小、动态特性好、寿命长。特点：结构简单、体积小、动态特性好、寿命长。磁敏传感器磁敏传感器磁磁学学量量电电信信号号6.26.2霍尔式传感器霍尔式传感器霍尔式传感器霍尔式传感器传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6.26.2霍尔式传感器霍尔式传感器霍尔式传感器霍尔式传感器霍尔传感器测转速霍尔传感
36、器测转速霍尔传感器测转速霍尔传感器测转速霍尔开关霍尔开关霍尔开关霍尔开关传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6.26.2霍尔式传感器霍尔式传感器霍尔式传感器霍尔式传感器霍尔开关元件霍尔开关元件霍尔开关元件霍尔开关元件用于手机开关用于手机开关用于手机开关用于手机开关无触点开关无触点开关利用利用SII的的CMOS技术和传感器技术技术和传感器技术来检测来检测旋转旋转和和旋转方向旋转方向 第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6.2 6.2 6.2 6.2 霍尔式传感器霍尔式传感器霍尔式传感器
37、霍尔式传感器6.2.1 6.2.1 6.2.1 6.2.1 霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应传感与检测技术传感与检测技术18781878年美国物理学家霍尔首先发现金属中的霍尔效应，年美国物理学家霍尔首先发现金属中的霍尔效应，因为太弱没有得到应用。因为太弱没有得到应用。随着半导体技术的发展，人们发现半导体材料的霍尔效随着半导体技术的发展，人们发现半导体材料的霍尔效应非常明显，并且体积小有利于集成化。应非常明显，并且体积小有利于集成化。第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6.2.1 6.2.1 6.2.1 6.2.1 霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应传感与
38、检测技术传感与检测技术把把一一个个导导体体（半半导导体体薄薄片片）两两端端通通以以电电流流，在在垂垂直直方方向向施施加加磁磁感感强强度度B 的的磁磁场场，在在导导体体薄薄片片的的另另外外两两侧侧会会产产生生一一个个与与控控制制电电流流I 和和磁磁场场强强度度B 的的乘乘积积成成比比例例的的电电动动势势UH，这种现象称，这种现象称霍尔效应霍尔效应。霍尔电动势与磁场强度霍尔电动势与磁场强度B、电流强度电流强度I有关有关霍尔传感器基于霍尔传感器基于霍尔效应霍尔效应磁场强度磁场强度B 的方向改变时的方向改变时霍霍尔尔电电动动势势的的电电压压极极性性也也随之改变。随之改变。第第第第6 6 6 6章章章章
39、磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6.2.1 6.2.1 6.2.1 6.2.1 霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应传感与检测技术传感与检测技术在在磁磁场场作作用用下下导导体体中中的的自自由由电电子子做做定定向向运运动动时时每每个个电电子子受受洛洛仑仑兹兹力力作作用被推向导体的另一侧：用被推向导体的另一侧： 磁场下导体中的电子运动时，因霍尔电势产生霍尔电场，磁场下导体中的电子运动时，因霍尔电势产生霍尔电场，其中霍尔电场强度为：其中霍尔电场强度为：并有作用于电子的力：并有作用于电子的力：第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6.2.1 6.2.
40、1 6.2.1 6.2.1 霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应传感与检测技术传感与检测技术 当两作用力相等时电荷不再向两边积累达到动态平衡：当两作用力相等时电荷不再向两边积累达到动态平衡：u通过（半）导体薄片的通过（半）导体薄片的电流电流I与下列因素有关：与下列因素有关：霍尔电势为霍尔电势为 n 载流子浓度载流子浓度， v 电子运动速度电子运动速度，b d 导体薄片横截面积导体薄片横截面积 ，e 电子电荷量。电子电荷量。第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6.2.1 6.2.1 6.2.1 6.2.1 霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应传感与检测技术传感与
41、检测技术代入后：代入后：与薄片尺寸有关与薄片尺寸有关与材料有关与材料有关霍尔灵敏度霍尔灵敏度霍尔常数霍尔常数式中：式中：电阻率、电阻率、n 电子浓度、电子浓度、电子迁移率电子迁移率=/E单位电场强度作用下载流子运动速度。单位电场强度作用下载流子运动速度。可见霍尔电势与电流和磁场强度的乘积成正比可见霍尔电势与电流和磁场强度的乘积成正比6.2.1 6.2.1 6.2.1 6.2.1 霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器任任何何材材料料在在一一定定条条件件下下都都能能产产生生霍霍尔尔电电势势，但但不
42、不是是都都可可以以制制造霍尔元件造霍尔元件;金属材料金属材料因电子浓度因电子浓度n很高，很高，RH 很小，灵敏度低，很小，灵敏度低，UH 很小很小;绝缘材料绝缘材料电阻率电阻率很大，但电子迁移率很大，但电子迁移率很小，不适用；很小，不适用；半半导导体体材材料料电电阻阻率率较较大大，电电子子迁迁移移率率适适中中，非非常常适适于于做做霍霍尔元件；尔元件；半半导导体体中中电电子子迁迁移移率率一一般般大大于于空空穴穴的的迁迁移移率率，所所以以霍霍尔尔元元件件多采用多采用N 型半导体（多电子）型半导体（多电子）;由由霍霍尔尔灵灵敏敏度度可可见见:厚厚度度d越越小小霍霍尔尔灵灵敏敏度度KH越越大大，所所以
43、以霍霍尔尔元件通常做的较薄，近似元件通常做的较薄，近似1微米微米(d1m)，工作电压很低工作电压很低。 讨论讨论6.2 6.2 6.2 6.2 霍尔式传感器霍尔式传感器霍尔式传感器霍尔式传感器6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 霍尔传感器基本电路霍尔传感器基本电路霍尔传感器基本电路霍尔传感器基本电路传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器霍尔元件外形和符号霍尔元件外形和符号 6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 霍尔传感器基本电路霍尔传感器基本电路霍尔传感器基本电路霍尔传感器基本电路传感与检测技术传感与检测
44、技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器霍尔晶体的外形为矩形薄片，有四根引线，霍尔晶体的外形为矩形薄片，有四根引线，两端加激励，两端为输出，两端加激励，两端为输出，RL为负载电阻为负载电阻；电源电源E通过通过R控制激励电流控制激励电流I；B 磁场与元件面垂直（向里）磁场与元件面垂直（向里）实测中可把实测中可把IB作输入，作输入，也可把也可把I或或B单独做输入；单独做输入；通过霍尔电势输出测量结果。通过霍尔电势输出测量结果。输出输出UH与与I或或B成正比关系，成正比关系，或与或与IB成正比关系。成正比关系。6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3
45、霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器当当霍霍尔尔元元件件通通以以激激励励电电流流I 时时，若若磁磁场场B=0，理理论论上上霍霍尔尔电电势势UH=0，但但实实际际UH0，这这时时测测得得的的空空载载电势称电势称不等位电势不等位电势U0 。产生的原因：产生的原因：霍尔引出电极安装不对称，霍尔引出电极安装不对称，不在同一等位面上，不在同一等位面上，或激励电极接触不良。或激励电极接触不良。半导体材料不均匀，几何尺寸半导体材料不均匀，几何尺寸不均匀
46、，造成电阻率不均匀。不均匀，造成电阻率不均匀。(1) (1) 不等位电势不等位电势6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器 不等位电势的补偿不等位电势的补偿 分析不等位电势时可把霍尔元件等效为一个电桥分析不等位电势时可把霍尔元件等效为一个电桥不等位电压相当于桥不等位电压相当于桥路初始有路初始有不平衡输出不平衡输出，U00，可在电阻大的，可在电阻大的桥臂上并联电阻。桥臂上并联电阻。不等位电势可表示
47、为不等位电势可表示为 U0 = r0 IH,r0为不等位为不等位电阻电阻6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器霍霍尔尔元元件件是是半半导导体体元元件件，它它的的许许多多参参数数与与温温度度有有关关。当当温温度度变变化化时时，载载流流子子浓浓度度n、迁迁移移率率、电电阻阻率率，霍尔系数霍尔系数RH都会变化。都会变化。(2) (2) 温度误差及补偿温度误差及补偿灵敏度与温度系数关系灵敏度与温度系数
48、关系恒流源补偿：恒流源补偿：由由UH = KH I B可见，恒流源可见，恒流源I供电可使供电可使UH稳定，稳定，但灵敏度系数但灵敏度系数KH = RH /d = /d也是温度的函数，也是温度的函数，温度温度T变化时，灵敏度变化时，灵敏度KH也变化。也变化。6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿霍尔传感器的误差及补偿传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器 恒流源补偿方法恒流源补偿方法: :在霍尔元件上并联一分流电阻在霍尔元件上并联一分流电阻RpI IH
49、H R RININ当当T TI IP PU UH H由于恒流源电流由于恒流源电流I 不变，不变，R p自动增加自动增加分流，使分流，使I p 增大，增大，IH 下降，下降，UH下降；下降；补偿电阻补偿电阻Rp 可选择负温度系数可选择负温度系数.I IH HR RP PT TI IP PU UH HKH = RH /d =/d多数霍尔器件是多数霍尔器件是正温度系数正温度系数，T KH，可通过减小，可通过减小 I 保持保持 KHI不变，抵消温度造成不变，抵消温度造成KH 增加的影响。增加的影响。6.2 6.2 6.2 6.2 霍尔式传感器霍尔式传感器霍尔式传感器霍尔式传感器6.2.4 6.2.4
50、6.2.4 6.2.4 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器 位移测量；位移测量； 测转速；测转速； 测磁场；测磁场； 计数装置计数装置( (导磁产品导磁产品) )检缺口检缺口 检齿检齿霍尔元件霍尔元件磁铁磁铁F只要黑色金属旋转体的表面存在缺口或突只要黑色金属旋转体的表面存在缺口或突 起，就可产生磁场强度的脉动，从而引起霍起，就可产生磁场强度的脉动，从而引起霍尔电势的变化，产生转速信号。尔电势的变化，产生转速信号。 1.1.测转速测转速6.2.4 6.2.4 6
51、.2.4 6.2.4 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器2.2.霍尔传感器霍尔传感器位移位移测量原理测量原理 在结构范围内在结构范围内位移位移测量线性好测量线性好6.2.4 6.2.4 6.2.4 6.2.4 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器3.3.霍尔霍尔压力压力传感器结构原理传感器结构原理 6.2.4 6.2.4 6.2
52、.4 6.2.4 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器4. 4. 霍尔霍尔电流电流传感器传感器将被测电流的导线穿过霍尔将被测电流的导线穿过霍尔电流传感器的检测孔。电流传感器的检测孔。当有电流通过导线时，在导当有电流通过导线时，在导线周围将产生磁场，磁力线线周围将产生磁场，磁力线集中在铁心内，并在铁心的集中在铁心内，并在铁心的缺口处穿过霍尔元件，从而缺口处穿过霍尔元件，从而产生与电流成正比的霍尔电产生与电流成正比的霍尔电压。压。传感与检测技术传感与检测技术第第第第
53、6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6.2.4 6.2.4 6.2.4 6.2.4 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔元件霍尔元件磁集束器磁集束器导线电流导线电流IX钳口钳口铁心铁心6.2.4 6.2.4 6.2.4 6.2.4 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器霍尔元件的磁感应强度与导线电流霍尔元件的磁感应强度与导线电流成正比，成正比，B IX，可求出测量电路的霍可求出测量电路的霍尔输出电势
54、，输出电势与导线电流成尔输出电势，输出电势与导线电流成正比。正比。 霍尔元件灵敏度；霍尔元件灵敏度；KB 为比例系数；为比例系数；C控制电流控制电流,X为导线电流；为导线电流； KHc KB为一定值；为一定值；环形环形磁集束器磁集束器作用是将载流导体中作用是将载流导体中被测电流产生的磁场集中到霍尔元被测电流产生的磁场集中到霍尔元件上，以提高灵敏度。件上，以提高灵敏度。霍尔元件霍尔元件磁集束器磁集束器导线电流导线电流IX钳口钳口H = KHICB = KHICKBIX6.2.4 6.2.4 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电
55、式传感器磁电式传感器磁电式传感器压压舌舌豁口豁口霍尔电流传感器演示霍尔电流传感器演示铁心铁心 线性霍尔线性霍尔IC UH=KHIXB 霍尔电流传感器霍尔电流传感器直流电流传感器直流电流传感器霍尔钳形电流表演示霍尔钳形电流表演示直流直流200A量程量程被测电流的导线被测电流的导线未放入铁心时；未放入铁心时；示值为零示值为零70.9A70.9A霍尔钳形霍尔钳形电流表演示电流表演示70.9A70.9A钳形表的环形铁心钳形表的环形铁心可以张开，可以张开，导线由导线由此穿过此穿过霍尔钳形电流表的使用霍尔钳形电流表的使用被测电流的导线从此处穿入钳形表被测电流的导线从此处穿入钳形表的环形铁心的环形铁心手指按
56、下此处，将钳形表的铁心张开手指按下此处，将钳形表的铁心张开在电厂、变电站，可将被测电流导在电厂、变电站，可将被测电流导线逐根夹到钳形表的环形铁心中线逐根夹到钳形表的环形铁心中霍尔钳形电流表的使用霍尔钳形电流表的使用n叉形叉形钳形表漏磁稍钳形表漏磁稍大但使用方便大但使用方便n用钳形表测量用钳形表测量 电动机电动机的相电流的相电流霍尔传感器用于测量磁场强度霍尔传感器用于测量磁场强度霍尔元件霍尔元件测量铁心测量铁心气隙的气隙的B值值霍尔传感器测转速霍尔传感器测转速在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统中在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统中的一个齿轮，将的一个齿轮，将线性型线性
57、型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速。确定被测物的转速。线性霍尔元件线性霍尔元件S SN N磁铁磁铁霍尔元件输出波形霍尔元件输出波形 UH =KHI B n（转速）（转速）=60f / 齿数齿数齿齿轮轮汽汽车车转转速速测测量量?实时典型信号的相关分析实时典型信号的相关分析输出信号输出信号整形滤波整形滤波显示显示霍尔转速表原理霍尔转速表原理当齿对准霍尔元件时，磁
58、力线集中穿过霍尔元件，可产生当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。?霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用）中的应用若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于于控制刹车力控制刹车力的大小。的大小。带有微型带有微型磁铁的霍磁铁的霍尔传感器尔传感器钢质钢
59、质霍尔霍尔传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器计数电路计数电路利用霍尔元件实现的编码计数典型电路。（晶体管、集成电路）利用霍尔元件实现的编码计数典型电路。（晶体管、集成电路）;随磁鼓上永久磁体的极性（随磁鼓上永久磁体的极性（N、S）变化，霍尔元件）变化，霍尔元件c、d端输出电压的极端输出电压的极性（正、负）也发生变化，通过整形输出，获得近似矩形的脉冲信号。性（正、负）也发生变化，通过整形输出，获得近似矩形的脉冲信号。根据磁鼓上永久磁体数量多少，可获得磁鼓旋转一周的脉冲数目，从而进根据磁鼓上永久磁体数量多少，可获得磁鼓旋转一周
60、的脉冲数目，从而进行与旋转有关的参数测量和控制。如行与旋转有关的参数测量和控制。如开关开关设备。设备。6.2.5 6.2.5 6.2.5 6.2.5 霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器1.1.线性霍尔集成电路线性霍尔集成电路( (测位移、测振动、测量磁场大小测位移、测振动、测量磁场大小) ) 输出电压在一定范围与磁感应强度输出电压在一定范围与磁感应强度B成线性关系，四端输出成线性关系，四端输出 霍尔集成霍尔集成IC IC 电路可分为电路可分为 ： 线性型、开关型两种线
61、性型、开关型两种线性型、开关型两种线性型、开关型两种6.2.5 6.2.5 6.2.5 6.2.5 霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器2. 2. 开关型集成器件开关型集成器件( (测转速、开关控制、判断测转速、开关控制、判断NS极性极性) )输出输出HL两种状态，高低电平转换的磁场强度两种状态，高低电平转换的磁场强度B不同，不同， B、B形成形成切换回差切换回差，这是位置式作用传感器的特点，这是位置式作用传感器的特点,作无触点开关时可防止干扰引起的误动作作无触点开关时
62、可防止干扰引起的误动作。开关型有开关型有常开常开、常闭常闭型两种型两种6.2.5 6.2.5 6.2.5 6.2.5 霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器 TTL S LED TTL S LED3. 3. 应用应用集成霍尔元件及接口电路集成霍尔元件及接口电路霍尔开关元件霍尔开关元件性能演示性能演示集成霍尔元件集成霍尔元件封装形式封装形式输出端集电极输出端集电极（漏极）开路（漏极）开路6.2.5 6.2.5 6.2.5 6.2.5 霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感
63、器霍尔集成传感器传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器霍尔元件作无触点开关霍尔元件作无触点开关6.2.5 6.2.5 6.2.5 6.2.5 霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器霍尔元件和磁体运动方式霍尔元件和磁体运动方式霍尔元件和磁体运动方式霍尔元件和磁体运动方式6.2.5 6.2.5 6.2.5 6.2.5 霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器传感与检测技术传感与检测技术第第第第
64、6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器 霍尔元件测位置霍尔元件测位置霍尔元件测位置霍尔元件测位置霍霍霍霍尔尔尔尔元元元元件件件件测测测测角角角角度度度度6.2.5 6.2.5 6.2.5 6.2.5 霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器霍尔集成传感器传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器 霍尔计数装置霍尔计数装置NS霍尔元件霍尔元件钢珠钢珠绝缘传送带绝缘传送带磁钢磁钢信号输出信号输出+V+VCCCCC22C22VTVT11K11KS N计数器计数器LM741SL3051+12V+12V47
65、0K470K470K470K1K1K10K10K传感器可输出峰传感器可输出峰值值20mV脉冲电压脉冲电压传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器 天然气点火电路（无触点开关）天然气点火电路（无触点开关）磁钢远离霍尔元件时磁钢远离霍尔元件时VT1导通，高压无输出导通，高压无输出传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器工位定位工位定位使用霍尔传感器进行定位，霍尔传感器在检测到磁钢经过使用霍尔传感器进行定位，霍尔传感器在检测到磁钢经过传感器探头时，磁场的变化会使传感器输
66、出脉冲信号。传感器探头时，磁场的变化会使传感器输出脉冲信号。利用霍尔传感器的这一特性，我们将磁钢安装在自动化生利用霍尔传感器的这一特性，我们将磁钢安装在自动化生产流水线某几个特定的产流水线某几个特定的链板链板上，这样，当这些安装有磁钢上，这样，当这些安装有磁钢的链板经过传感器探头时，传感器就会的链板经过传感器探头时，传感器就会“认出认出”这些链板。这些链板。 霍尔式接近开关霍尔式接近开关当磁铁的有效磁极接近、并达到动作当磁铁的有效磁极接近、并达到动作距离时，霍尔式接近开关动作。距离时，霍尔式接近开关动作。霍尔接近开关一般配一块钕铁硼磁铁。霍尔接近开关一般配一块钕铁硼磁铁。传感与检测技术传感与检
67、测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器霍尔式汽车点火装置霍尔式汽车点火装置霍尔式无触点汽车电子点火装置霍尔式无触点汽车电子点火装置采用采用霍尔式无触点霍尔式无触点电子点火装置，电子点火装置，能较好地克服汽车能较好地克服汽车合金触点点火时间合金触点点火时间不准确、触点易烧不准确、触点易烧坏、高速时动力不坏、高速时动力不足等缺点。足等缺点。 汽车点火线圈汽车点火线圈高压输出接头高压输出接头12V低压电源输入接头低压电源输入接头霍尔式无触点汽车电子点火装置工作原理霍尔式无触点汽车电子点火装置工作原理1-1-触发器叶片触发器叶片2- -槽口槽口3- -分电
68、器转轴分电器转轴4- -永久磁铁永久磁铁5- -霍尔集成电路（霍尔集成电路（PNP型霍尔型霍尔IC）a a）带缺口的触发器叶片）带缺口的触发器叶片b）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集成电路之间的安装关系）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集成电路之间的安装关系 c c）叶片位置与点火正时的关系）叶片位置与点火正时的关系 桑塔纳汽车霍尔式分电器示意图桑塔纳汽车霍尔式分电器示意图霍尔式无触点汽车电子点火装置工作原理霍尔式无触点汽车电子点火装置工作原理n当当叶片遮挡叶片遮挡在霍尔在霍尔IC面前时，面前时，PNP型霍尔型霍尔IC的输出为的输出为低电平低电平，晶体管功率开关处于晶体管功率开关处于导通状态导通状态，点
69、火线圈低压侧有较大电流，点火线圈低压侧有较大电流通过，并以通过，并以磁场能量的形式储存在点火线圈的铁心中磁场能量的形式储存在点火线圈的铁心中。 F特点：特点：采用霍尔式无触点电子点火装置可避免金属触点采用霍尔式无触点电子点火装置可避免金属触点的缺陷，无磨损、的缺陷，无磨损、点火时间准确、高速时动力足。点火时间准确、高速时动力足。霍尔式无触点汽车电子点火装置霍尔式无触点汽车电子点火装置n当当叶片对准槽口叶片对准槽口转到霍尔转到霍尔IC 面前时，霍尔面前时，霍尔IC 输出跳变输出跳变为为高电平高电平，经反相变为低电平，使功率输出的达林顿管，经反相变为低电平，使功率输出的达林顿管截止截止，切断点火线
70、圈的低压侧电流。，切断点火线圈的低压侧电流。n由于没有续流元件，所以存储在点火线圈铁心中的磁场由于没有续流元件，所以存储在点火线圈铁心中的磁场能量在高压侧感应出能量在高压侧感应出3050KV的高电压。的高电压。汽车电子点火电路及波形汽车电子点火电路及波形 1点火开关点火开关2达林顿晶体管功率开关达林顿晶体管功率开关3点火线圈低压侧点火线圈低压侧4点火线圈铁心点火线圈铁心5点火线圈高压侧点火线圈高压侧6分火头分火头7火花塞火花塞 a a）电路）电路b）霍尔）霍尔IC及点火线圈高压侧输出波形及点火线圈高压侧输出波形汽车电子点火电路及波形汽车电子点火电路及波形 汽车电子点火装置使用的点火控制器、霍尔
71、传汽车电子点火装置使用的点火控制器、霍尔传感器及点火总成感器及点火总成磁铁磁铁点火总成点火总成传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器霍尔式接近开关霍尔式接近开关接接近近式式滑滑过过式式霍尔式接近开关霍尔式接近开关用霍尔用霍尔IC也能完成接近开关的功能，但是它只能用于铁也能完成接近开关的功能，但是它只能用于铁磁材料的检测，并且还需要建立一个较强的闭合磁场。磁材料的检测，并且还需要建立一个较强的闭合磁场。n在右图中，当磁铁随运动在右图中，当磁铁随运动部件移动到距霍尔接近开部件移动到距霍尔接近开关几毫米时，霍尔关几毫米时，霍尔IC的
72、输的输出由高电平变为低电平；出由高电平变为低电平；n经驱动电路使继电器吸合经驱动电路使继电器吸合或释放，控制运动部件停或释放，控制运动部件停止移动（否则将撞坏霍尔止移动（否则将撞坏霍尔IC）起到）起到限位限位的作用。的作用。 传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器霍尔式接近开关用于转速测量霍尔式接近开关用于转速测量n = =6060f4(r/min)软铁分流翼片软铁分流翼片 开关型霍尔开关型霍尔ICIC T T霍尔特斯拉计霍尔特斯拉计霍尔元件霍尔元件霍尔高斯计（特斯拉计）的使用霍尔高斯计（特斯拉计）的使用霍尔元件霍尔元件磁铁磁
73、铁6.3 6.3 6.3 6.3 磁敏元件磁敏元件磁敏元件磁敏元件传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器n磁磁敏敏元元件件也也是是基基于于磁磁电电转转换换原原理理,60,60年年代代西西门门子子公公司司研研制制了了第第一一个个磁磁敏敏元元件件,68,68年年索索尼尼公公司司研研制制成成磁磁敏敏二二极极管管, ,目目前前磁磁敏元件应用广泛。敏元件应用广泛。磁敏元件磁敏传感器主要有：磁敏传感器主要有：霍尔式磁敏传感器；霍尔式磁敏传感器；磁敏电阻；磁敏电阻；磁敏二极管；磁敏二极管；磁敏三极管磁敏三极管。6.3.1 6.3.1 6.3
74、.1 6.3.1 磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器载载载载流流流流导导导导体体体体置置置置于于于于磁磁磁磁场场场场中中中中，除除除除了了了了产产产产生生生生霍霍霍霍尔尔尔尔效效效效应应应应外外外外，导导导导体体体体中中中中载载载载流流流流子子子子因因因因受受受受洛洛洛洛仑仑仑仑兹兹兹兹力力力力作作作作用用用用要要要要发发发发生生生生偏偏偏偏转转转转，磁磁磁磁场场场场使使使使载载载载流流流流子子子子运运运运动动动动方方方方向向向向的的的的偏偏偏偏转转转转使使使使电电电电流流流流路路路路径径径
75、径变变变变化化化化，起起起起到到到到了了了了加加加加大大大大电电电电阻阻阻阻的的的的作作作作用用用用，磁磁磁磁场场场场越越越越强强强强增增增增大大大大电阻的作用越强。电阻的作用越强。电阻的作用越强。电阻的作用越强。 0 0 零磁场电阻率；零磁场电阻率；零磁场电阻率；零磁场电阻率； 磁导率；磁导率；磁导率；磁导率； B BB B 磁场电阻率；磁场电阻率；磁场电阻率；磁场电阻率； B B磁场强度。磁场强度。磁场强度。磁场强度。JJ外加磁场使导体外加磁场使导体外加磁场使导体外加磁场使导体( ( ( (半导体半导体半导体半导体) ) ) )电阻随磁场增加而增大的现象电阻随磁场增加而增大的现象电阻随磁场
76、增加而增大的现象电阻随磁场增加而增大的现象称称称称磁阻效应磁阻效应磁阻效应磁阻效应。 磁阻效应表达式为磁阻效应表达式为磁阻效应表达式为磁阻效应表达式为（1）磁阻效应磁阻效应第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6.3.1 6.3.1 6.3.1 6.3.1 磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻传感与检测技术传感与检测技术而霍尔电场作用会抵消洛伦兹力，磁阻效应被大大减弱；而霍尔电场作用会抵消洛伦兹力，磁阻效应被大大减弱；由于霍尔电场强度与导体薄片的宽度由于霍尔电场强度与导体薄片的宽度b成反比关系，成反比关系，磁阻元件的电阻率与几何尺寸有关磁阻元件的电阻率与几何
77、尺寸有关。长方形样品长方形样品扁条状长形扁条状长形圆盘样品圆盘样品电阻变化很小电阻变化很小磁阻变化明显磁阻变化明显不产生霍尔电场不产生霍尔电场6.3.1 6.3.1 6.3.1 6.3.1 磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器 长方形样品：霍尔电场作用长方形样品：霍尔电场作用长方形样品：霍尔电场作用长方形样品：霍尔电场作用F FHH, ,电阻变化很小。电阻变化很小。电阻变化很小。电阻变化很小。 扁条状长形：霍尔电势扁条状长形：霍尔电势扁条状长形：霍尔电势扁条状长形：霍尔电势 E EH H 很小
78、电流磁场作用偏转厉害效应明显。很小电流磁场作用偏转厉害效应明显。很小电流磁场作用偏转厉害效应明显。很小电流磁场作用偏转厉害效应明显。 圆圆圆圆盘盘盘盘样样样样品品品品：外外外外加加加加磁磁磁磁场场场场时时时时，电电电电流流流流以以以以螺螺螺螺旋旋旋旋形形形形路路路路径径径径指指指指向向向向外外外外电电电电极极极极，路路路路径径径径增增增增大大大大电电电电阻阻阻阻增增增增加加加加。在在在在圆圆圆圆盘盘盘盘中中中中任任任任何何何何地地地地方方方方都都都都不不不不会会会会积积积积累累累累电电电电荷荷荷荷也也也也不不不不会会会会产产产产生生生生霍霍霍霍尔尔尔尔电场，磁阻效应明显。电场，磁阻效应明显。电
79、场，磁阻效应明显。电场，磁阻效应明显。长方形L L L Lb b b bvv为了消除霍尔电场影响，获得大的磁阻效应为了消除霍尔电场影响，获得大的磁阻效应为了消除霍尔电场影响，获得大的磁阻效应为了消除霍尔电场影响，获得大的磁阻效应, , , ,一般将磁敏一般将磁敏一般将磁敏一般将磁敏电阻制成圆形或扁条长方形，并且磁敏元件需满足电阻制成圆形或扁条长方形，并且磁敏元件需满足电阻制成圆形或扁条长方形，并且磁敏元件需满足电阻制成圆形或扁条长方形，并且磁敏元件需满足 L / b 1L / b 16.3.1 6.3.1 6.3.1 6.3.1 磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻传感与检测技术传感与检测技术第第
80、第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁磁敏敏电电阻阻与与霍霍尔尔元元件件属属同同一一类类, ,都都是是磁磁电电转转换换元元件件, ,本本质质不不同同是是磁磁敏敏电电阻阻没没有有判判断断极极性性的的能能力力, ,只只有有与与辅助材料辅助材料( (磁铁磁铁) )并用才具有识别磁极的能力并用才具有识别磁极的能力. .（2）磁敏电阻的输出特性）磁敏电阻的输出特性由于磁墨的磁场强度较弱，根据磁阻由于磁墨的磁场强度较弱，根据磁阻元件特性需要加偏置磁场，使磁敏电元件特性需要加偏置磁场，使磁敏电阻工作在线性区域。阻工作在线性区域。RM磁敏电阻电路符号磁敏电阻电路符号RM传
81、感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器无无偏偏置置磁磁场场时时只只能能检检测测磁磁场场不不能能判判别别磁磁性性。输输出出弱弱磁磁场场时时磁磁阻阻与与磁场关系为：磁场关系为：R =R0（1+MB2） R0 为零磁场内阻；为零磁场内阻； M 为零磁场系数；为零磁场系数；外外加加偏偏置置磁磁场场时时磁磁阻阻具具有有极极性性，相相当当在在检检测测磁磁场场外外加加了了偏偏置置磁磁场场，工工作作点点移移到到线线性性区区，磁磁极极性性也也作作为为电电阻阻值值变变化化表表现现出出来来，这这时时电电阻值的变化为：阻值的变化为： R = RB（1+
82、MB） RB 为加偏置磁场电阻为加偏置磁场电阻（2）磁敏电阻的输出特性）磁敏电阻的输出特性传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器这种传感器主要用于识别磁性墨水的图形和文字，这种传感器主要用于识别磁性墨水的图形和文字，在自动测量技术中检测微小磁信号，如录音机、在自动测量技术中检测微小磁信号，如录音机、录像机的磁带、磁盘；防伪纸币、票据、信用录像机的磁带、磁盘；防伪纸币、票据、信用（磁）卡上用的磁性油墨等。（磁）卡上用的磁性油墨等。可测可测磁性齿轮磁性齿轮，磁性墨水磁性墨水，磁性条形码磁性条形码，磁带，磁带，识别有机磁性（自动售货
83、机）。识别有机磁性（自动售货机）。(3)磁敏电阻的应用磁敏电阻的应用6.3.1 6.3.1 6.3.1 6.3.1 磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻6.3.1 6.3.1 6.3.1 6.3.1 磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁敏电阻的结构磁敏电阻的结构等效电路等效电路6.3.1 6.3.1 6.3.1 6.3.1 磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器利用三端差分型磁敏电阻做成磁头检测微
84、弱信号，利用三端差分型磁敏电阻做成磁头检测微弱信号，称称图形识别器图形识别器。MS-F-06型磁敏传感器为日本产型磁敏传感器为日本产InSb（锑化铟）磁场（锑化铟）磁场B=0时为时为R0=0.8k，当磁感应强度当磁感应强度B为为0.3T 时，电阻时，电阻RB约为约为2.4k，有较好的磁灵敏度。，有较好的磁灵敏度。电阻值与磁感应强度关系曲线电阻值与磁感应强度关系曲线传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁图形识别传感磁图形识别传感器器S05A1HFAAS05A1HFAA检测电路：检测电路：由磁敏元件、放大整形电路组成；由磁敏元件
85、、放大整形电路组成；磁敏电阻工作电压磁敏电阻工作电压5V，输出输出0.30.8V，被检测物体的距离被检测物体的距离3mm。6.3.1 6.3.1 6.3.1 6.3.1 磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁敏电阻应用时一般采用恒压源驱动，分压输出，三端磁敏电阻应用时一般采用恒压源驱动，分压输出，三端差分型电路有较好的温度特性。差分型电路有较好的温度特性。这种磁敏传感器呈纯电阻特性，输出信号的变化按字迹这种磁敏传感器呈纯电阻特性，输出信号的变化按字迹间距变化出现，可测磁性齿轮，磁性墨水，磁性条
86、形码，间距变化出现，可测磁性齿轮，磁性墨水，磁性条形码，磁带，可识别有机磁性（自动售货机）等。磁带，可识别有机磁性（自动售货机）等。 6.3.1 6.3.1 6.3.1 6.3.1 磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器 磁敏电阻齿轮磁敏电阻齿轮磁敏电阻齿轮磁敏电阻齿轮巨磁电阻磁电阻(gmr)磁场传感器6.3.2 6.3.2 6.3.2 6.3.2 磁敏晶体管磁敏晶体管磁敏晶体管磁敏晶体管 传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器
87、器件特点：器件特点：长长“基区基区”P-I为掺杂区，本征区为掺杂区，本征区I长度较长构成高阻半导体；长度较长构成高阻半导体；磁敏二极管在长磁敏二极管在长“基区基区”的一侧面设置了的一侧面设置了复合区复合区r，r 面是个面是个粗糙面，粗糙面，载流子复合速度非常高；载流子复合速度非常高； r 区对面是复合率很小的区对面是复合率很小的光滑面，光滑面，载流子不易复合。载流子不易复合。（1）磁敏二极管（）磁敏二极管（锗管锗管2ACM2ACM，硅管，硅管2DCM2DCM）传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器工作过程：加工作过程：加正向电
88、压正向电压时，空穴、电子同时注入时，空穴、电子同时注入I 区区v无磁场无磁场时时B=0，大部分，大部分P 区空穴注入区空穴注入N 区，区，N 区电子注区电子注入入P 区形成电流；区形成电流；v加正向磁场加正向磁场时，由于洛仑磁力作用，空穴电子偏向时，由于洛仑磁力作用，空穴电子偏向r区，区，并在并在r区很快复合区很快复合，I 区载流子减小区载流子减小，电流减小，电流减小，相当，相当于电阻增加压降增加于电阻增加压降增加；v加反向磁场加反向磁场时，空穴电子偏向时，空穴电子偏向r区背面，复合减少，区背面，复合减少，I区载区载流子增加，相当电阻减小电流增加流子增加，相当电阻减小电流增加，压降减小，压降减
89、小。（1）磁敏二极管）磁敏二极管传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器在磁场作用下，磁敏二极管具有磁灵敏度。在磁场作用下，磁敏二极管具有磁灵敏度。输出电压与外加磁场的关系叫磁敏二极管的输出电压与外加磁场的关系叫磁敏二极管的磁磁电特性电特性， 磁敏二极管具有磁敏二极管具有正反磁灵敏度正反磁灵敏度，这是磁阻元件欠缺的。，这是磁阻元件欠缺的。另外，磁敏二极管正向磁灵敏度大于反向磁灵敏度，需互另外，磁敏二极管正向磁灵敏度大于反向磁灵敏度，需互 补使用。连接时需对臂相同、邻臂相反。补使用。连接时需对臂相同、邻臂相反。UB BE ED D
90、1 1D D2 2D D3 3D D4 4U0（1）磁敏二极管）磁敏二极管磁敏二极管电路符号磁敏二极管电路符号6.3.2 6.3.2 6.3.2 6.3.2 磁敏晶体管磁敏晶体管磁敏晶体管磁敏晶体管传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器以以锗锗管管NPNNPN型型为为例例：磁磁敏敏三三极极管管也也是是以以长长基基区区为为特特征征，有有两两个个PN结结，发发射射极极与与基基极极之之间间的的PN结结由由长长基基区区二二极极管管构构成成，有有一一个个高高复复合合区区，集集电电极极电电流流大大小小与与磁磁场场有关。有关。 （2）磁敏三
91、极管）磁敏三极管磁敏三极管电路符号磁敏三极管电路符号6.3.2 6.3.2 6.3.2 6.3.2 磁敏晶体管磁敏晶体管磁敏晶体管磁敏晶体管传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器v加正向磁场加正向磁场载流子偏向高复合区，集电极电流载流子偏向高复合区，集电极电流Ic减小；减小；v加反向磁场加反向磁场载流子背向高复合区，集电极电流载流子背向高复合区，集电极电流Ic增加；增加；v当基极电流一定，靠外加磁场可以改变集电极电流，这是当基极电流一定，靠外加磁场可以改变集电极电流，这是与普通三极管不同之处与普通三极管不同之处；v由于长基区大
92、于扩散长度，所以发射极电流增益由于长基区大于扩散长度，所以发射极电流增益1，但，但集电极电流有很高的磁灵敏度。集电极电流有很高的磁灵敏度。（2）磁敏三极管）磁敏三极管6.3.2 6.3.2 6.3.2 6.3.2 磁敏晶体管磁敏晶体管磁敏晶体管磁敏晶体管传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器位移测量位移测量磁磁敏敏二二极极管管组组成成电电桥桥，磁磁铁铁处处于于磁磁敏敏元元件件之之间间，中中间间位位置置时时输输出出电电压压U0=0；位位移移时时两两磁磁敏敏元元件件感感受受的的磁磁场场强强度度不不同同，RD1RD3，电电桥桥失失衡
93、衡，输输出出与与位位移移有有关关。位位移移方方向向相相反反输输出极性变化，可判别位移大小和方向。出极性变化，可判别位移大小和方向。E ED D1 1D D2 2D D3 3D D4 4U U0 0SN涡流流量计涡流流量计 液体流动时，涡轮转动，流速与转速成正比，液体流动时，涡轮转动，流速与转速成正比，磁敏晶体管检测到磁性涡轮周期变化近似正弦磁敏晶体管检测到磁性涡轮周期变化近似正弦波波形，频率与齿轮的转速成正比。波波形，频率与齿轮的转速成正比。 频率频率转速转速流量流量磁性齿轮磁性齿轮传感器传感器（3）磁敏晶体管的应用）磁敏晶体管的应用6.3.2 6.3.2 6.3.2 6.3.2 磁敏晶体管磁
94、敏晶体管磁敏晶体管磁敏晶体管传感与检测技术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器F电感电感/电容电容/霍尔式接近开关比较霍尔式接近开关比较 1.电感式（电涡流）接近开关工作原理电感式（电涡流）接近开关工作原理 电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。涡流反作用于接近开关，使接近
95、开关振荡能力衰减，内部电路的参数涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体必须是金属物体。 工作流程方框图工作流程方框图1.电感式（电涡流）接近开关工作原理电感式（电涡流）接近开关工作原理 产品：电感式接近开关（产品：电感式接近开关（NPN/PNP三极管驱动输出）三极管驱动输出）响应频率：响应频率：500HZ；工作电压：工作电压：550V直流直流/交流交流90-250VAC工作电流：小于工作电
96、流：小于10毫安；毫安；输出驱动电流：输出驱动电流：400毫安毫安温度范围：温度范围：4070度度检测距离：检测距离：1、2、4、5、8、10、15、20、25、40、50、80毫米毫米被测距离与传感器体积相关被测距离与传感器体积相关;被检测物为金属被检测物为金属F电感电感/电容电容/霍尔式接近开关比较霍尔式接近开关比较 2.电容式接近开关工作原理电容式接近开关工作原理 电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身；通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的
97、本身；当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此可控制开关的接通和关断。测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此可控制开关的接通和关断。这种接近开关的检测物体，并不限于金属导体，这种接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或也可以是绝缘的液体或粉状物体粉状物体，在检测较低介电常数，在检测较低介电常数的物体时，可以顺时针调节多圈电位的物体时，可以顺时针调节多圈电位器（位于开关后部）来增加感应灵敏度，一般调节电位器使电容式的接器（位于开关后部）来增加感应灵敏度，
98、一般调节电位器使电容式的接近开关在近开关在0.7-0.8Sn的位置动作。的位置动作。产品产品2：M18电容式接近开关（电容式接近开关（NPN/PNP三极管驱动输出、交流三极管驱动输出、交流90-250VAC）工作流程方框图工作流程方框图F电感电感/电容电容/霍尔式接近开关比较霍尔式接近开关比较 2.电容式接近开关工作原理电容式接近开关工作原理 检测距离：检测距离：1100毫米毫米被检测物：任何物体被检测物：任何物体响应频率：响应频率：50HZ工作电压：直流工作电压：直流/交流交流工作电流：小于工作电流：小于10毫安毫安输出电流：输出电流：400毫安毫安温度范围：温度范围：4070度度 F电感电
99、感/电容电容/霍尔式接近开关比较霍尔式接近开关比较 产品产品2：电容式接近开关（：电容式接近开关（NPN/PNP三极管驱动输出）三极管驱动输出）3.霍尔式接近开关工作原理霍尔式接近开关工作原理 霍尔开关可用于接近开关，压力开关，里程表等，为一种新型电器配件；霍尔开关可用于接近开关，压力开关，里程表等，为一种新型电器配件；霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。霍尔开关就霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。霍尔开关就属于有源磁电转换器件，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信属于有源磁电转换器件，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备
100、工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。霍尔开关的输入端是以磁感应强度霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当来表征的，当B值达到一定的程度（如值达到一定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。输出端一般采用晶体管输出，有转。输出端一般采用晶体管输出，有NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型、常开型、常闭型、锁存型（双极性）、双信号输出之分。（双极性）、双信号输出之分。霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用霍尔开
101、关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。内部原理图及内部原理图及输入输入/输出转移特性输出转移特性F电感电感/电容电容/霍尔式接近开关比较霍尔式接近开关比较 3.霍尔式接近开关工作原理霍尔式接近开关工作原理 产品产品3：M12霍尔式接近开关（霍尔式接近开关（NPN/PNP三极管驱动输出）三极管驱动输出）检测距离：检测距离：110毫米毫米工作电压：工作电压：330V直流直流工作电流：小于工作电流：小于5毫安毫安响应频率：响应频率：5000HZ输出电流：输出电流：10
102、0毫安，感性负载毫安，感性负载50毫安毫安温度范围：温度范围：4070度度安装方式：埋入式安装方式：埋入式225.0元元/只只这是最常用的霍尔开关，它的直径为这是最常用的霍尔开关，它的直径为12毫米，毫米，固定时只要在设备外壳上打一个固定时只要在设备外壳上打一个12毫米的园毫米的园孔就能轻松固定，长度约孔就能轻松固定，长度约30毫米，背后有工毫米，背后有工作指示灯，当检测到物体时红色作指示灯，当检测到物体时红色LED点亮，点亮，平时处于熄灭状态，非常直观，引线长度为平时处于熄灭状态，非常直观，引线长度为100毫米。毫米。 F电感电感/电容电容/霍尔式接近开关比较霍尔式接近开关比较 传感与检测技
103、术传感与检测技术第第第第6 6 6 6章章章章磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器本章要点：本章要点：磁电感应式传感器（电动式）磁电感应式传感器（电动式）磁电感应式传感器（电动式）磁电感应式传感器（电动式） 工作原理、工作原理、工作原理、工作原理、 基本特性和应用；基本特性和应用；基本特性和应用；基本特性和应用；霍尔式传感器原理、霍尔传感器的应用、霍尔式传感器原理、霍尔传感器的应用、霍尔式传感器原理、霍尔传感器的应用、霍尔式传感器原理、霍尔传感器的应用、 霍尔集成传感器；霍尔集成传感器；霍尔集成传感器；霍尔集成传感器；磁敏传感器，磁敏传感器，磁敏传感器，磁敏传感器，磁敏电阻器、磁敏
104、二极管、磁敏电阻器、磁敏二极管、磁敏电阻器、磁敏二极管、磁敏电阻器、磁敏二极管、 磁敏三极管。磁敏三极管。磁敏三极管。磁敏三极管。6.1试述磁电感应式振动传感器的工作原理和结构形式。试述磁电感应式振动传感器的工作原理和结构形式。6.2什么是霍尔效应？霍尔元件常用材料有哪些？为什么什么是霍尔效应？霍尔元件常用材料有哪些？为什么不用金属做霍尔元件材料？不用金属做霍尔元件材料？6.3霍尔元件不等位电势产生的原因有哪些？霍尔元件不等位电势产生的原因有哪些？6.4某一霍尔元件尺寸为某一霍尔元件尺寸为沿沿L方向通以电流，在垂直于方向通以电流，在垂直于L和和b的方向加有均匀磁场的方向加有均匀磁场B，灵敏度为
105、，灵敏度为22V(A.T)，试求输出霍尔电势及载流子浓，试求输出霍尔电势及载流子浓度。度。思考题和习题思考题和习题思考题和习题思考题和习题6.5试分析霍尔元件输出接有负载时，利用恒压源和输人试分析霍尔元件输出接有负载时，利用恒压源和输人回路串联电阻进行温度补偿的条件。回路串联电阻进行温度补偿的条件。6.6霍尔元件灵敏度霍尔元件灵敏度KH=40V(A.T)，控制电流，控制电流I=3.0mA，写出它置于写出它置于110-4510-4T线性变化的磁场中输出的线性变化的磁场中输出的霍尔电势范围？霍尔电势范围？6.7列举（查找）列举（查找）l2个霍尔元件的应用例子。个霍尔元件的应用例子。6.8比较霍尔元
106、件、磁敏电阻、磁敏晶体管，它们有哪些比较霍尔元件、磁敏电阻、磁敏晶体管，它们有哪些相同之相同之处和不同之处？简述其各自的特点。处和不同之处？简述其各自的特点。课堂练习课堂练习 电机通断控制电路，电机通断控制电路，电机通断控制电路，电机通断控制电路，VT VT 三极管功率驱动三极管功率驱动三极管功率驱动三极管功率驱动1 1A A负载，负载，负载，负载，PT-525PT-525为开关型霍尔元件；为开关型霍尔元件；为开关型霍尔元件；为开关型霍尔元件； 叙述电路工作原理；叙述电路工作原理；叙述电路工作原理；叙述电路工作原理； 磁钢接近时霍尔元件导通（低），电机磁钢接近时霍尔元件导通（低），电机磁钢接近
107、时霍尔元件导通（低），电机磁钢接近时霍尔元件导通（低），电机MM的状态？的状态？的状态？的状态？ 磁钢远离时霍尔元件截止（高），电机磁钢远离时霍尔元件截止（高），电机磁钢远离时霍尔元件截止（高），电机磁钢远离时霍尔元件截止（高），电机MM的状态？的状态？的状态？的状态？D D4.7K4.7KPST-525MS N1212V V1.1K1.1KC C0.10.1VTVT课堂练习课堂练习具具体体请请说说明明下下图图中中霍霍尔尔传传感感器器实实现现计计数数的的原原理理，并简单画出输出信号的波形。并简单画出输出信号的波形。NS霍尔元件霍尔元件钢珠钢珠绝缘传送带绝缘传送带磁钢磁钢信号输出信号输出+V+V
108、CCCCC22C22VTVT11K11KS N计数器计数器LM741SL3051+12V+12V470K470K470K470K1K1K10K10K习 题1.1.用石英晶体加速度计及电荷放大器测量加速度用石英晶体加速度计及电荷放大器测量加速度用石英晶体加速度计及电荷放大器测量加速度用石英晶体加速度计及电荷放大器测量加速度; ;已知：加速度计灵敏度为已知：加速度计灵敏度为已知：加速度计灵敏度为已知：加速度计灵敏度为5 5pc /gpc /g，电荷放大器灵敏度为，电荷放大器灵敏度为，电荷放大器灵敏度为，电荷放大器灵敏度为50m50mV /pcV /pc，当机器加速度达到最大值时，相应输出电压，当机
109、器加速度达到最大值时，相应输出电压，当机器加速度达到最大值时，相应输出电压，当机器加速度达到最大值时，相应输出电压幅值为幅值为幅值为幅值为2 2V V；试求该机器的振动加速度。；试求该机器的振动加速度。；试求该机器的振动加速度。；试求该机器的振动加速度。2.霍尔元件灵敏度霍尔元件灵敏度KH =40V(AT )，控制电流，控制电流I =3.0mA，写出它置于写出它置于110-4510-4T线性变化的磁场中输出的霍线性变化的磁场中输出的霍尔电势范围？尔电势范围？3.比较霍尔元件、磁敏电阻、磁敏晶体管，它们有哪些相比较霍尔元件、磁敏电阻、磁敏晶体管，它们有哪些相同之同之处和不同之处？简述其各自的特点
110、。处和不同之处？简述其各自的特点。4.什么是霍尔效应？霍尔元件常采用什么材料，为什么不什么是霍尔效应？霍尔元件常采用什么材料，为什么不什么是霍尔效应？霍尔元件常采用什么材料，为什么不什么是霍尔效应？霍尔元件常采用什么材料，为什么不采用金属材料。采用金属材料。采用金属材料。采用金属材料。5.5.写出霍尔电压表达式（写出霍尔电压表达式（写出霍尔电压表达式（写出霍尔电压表达式（U UHH），由此说明霍尔元件主要测），由此说明霍尔元件主要测），由此说明霍尔元件主要测），由此说明霍尔元件主要测量哪些物理量，或通过什么物理量测量非电量。量哪些物理量，或通过什么物理量测量非电量。量哪些物理量，或通过什么物理
111、量测量非电量。量哪些物理量，或通过什么物理量测量非电量。习 题 请选择下列较合适的传感器，检测给出的各种物理量。可请选择下列较合适的传感器，检测给出的各种物理量。可请选择下列较合适的传感器，检测给出的各种物理量。可请选择下列较合适的传感器，检测给出的各种物理量。可做多项选择做多项选择做多项选择做多项选择被测量：被测量：被测量：被测量：机械振动机械振动机械振动机械振动( (频率频率频率频率) )；高压气瓶形变；高压气瓶形变；高压气瓶形变；高压气瓶形变；20Kg20Kg电子秤；电子秤；电子秤；电子秤；10T10T吊车吊秤；汽车衡；吊车吊秤；汽车衡；吊车吊秤；汽车衡；吊车吊秤；汽车衡；管道气体压力；
112、灌装液位；管道气体压力；灌装液位；管道气体压力；灌装液位；管道气体压力；灌装液位； 灌装物位；灌装物位；灌装物位；灌装物位；1-5mm1-5mm位移；位移；位移；位移；1-100mm1-100mm位移；钢板厚度；位移；钢板厚度；位移；钢板厚度；位移；钢板厚度；转速；振动加速度；磁场强度；翻盖手机。转速；振动加速度；磁场强度；翻盖手机。转速；振动加速度；磁场强度；翻盖手机。转速；振动加速度；磁场强度；翻盖手机。传感器：传感器：传感器：传感器：应变仪；电阻式（柱式、梁式、膜片）式测力传感器；应变仪；电阻式（柱式、梁式、膜片）式测力传感器；应变仪；电阻式（柱式、梁式、膜片）式测力传感器；应变仪；电阻
113、式（柱式、梁式、膜片）式测力传感器；压电式；差动变压器式；变磁阻式；电涡流式；压电式；差动变压器式；变磁阻式；电涡流式；压电式；差动变压器式；变磁阻式；电涡流式；压电式；差动变压器式；变磁阻式；电涡流式；电容式（变面积、变介电常数、变极距）；电容式（变面积、变介电常数、变极距）；电容式（变面积、变介电常数、变极距）；电容式（变面积、变介电常数、变极距）；磁电式（电动式）；霍尔传感器。磁电式（电动式）；霍尔传感器。磁电式（电动式）；霍尔传感器。磁电式（电动式）；霍尔传感器。 请选择下列较合适的传感器，检测以下的各种被测量。可做多项选择请选择下列较合适的传感器，检测以下的各种被测量。可做多项选择请
114、选择下列较合适的传感器，检测以下的各种被测量。可做多项选择请选择下列较合适的传感器，检测以下的各种被测量。可做多项选择传感器：传感器：传感器：传感器：应变仪；电阻式（柱式、梁式、膜片）式测力传感器；应变仪；电阻式（柱式、梁式、膜片）式测力传感器；应变仪；电阻式（柱式、梁式、膜片）式测力传感器；应变仪；电阻式（柱式、梁式、膜片）式测力传感器；压电式；差动变压器式；变磁阻式；电涡流式；电容式（变面积、变介压电式；差动变压器式；变磁阻式；电涡流式；电容式（变面积、变介压电式；差动变压器式；变磁阻式；电涡流式；电容式（变面积、变介压电式；差动变压器式；变磁阻式；电涡流式；电容式（变面积、变介电常数、变
115、极距）。电常数、变极距）。电常数、变极距）。电常数、变极距）。被测量：被测量：被测量：被测量：桥梁（机械）振动桥梁（机械）振动桥梁（机械）振动桥梁（机械）振动 应变仪；压电式应变仪；压电式应变仪；压电式应变仪；压电式电子秤（电子秤（电子秤（电子秤（20kg20kg）梁式应变测力传感器梁式应变测力传感器梁式应变测力传感器梁式应变测力传感器吊车吊秤（吊车吊秤（吊车吊秤（吊车吊秤（5T5T）柱式应变测力传感器柱式应变测力传感器柱式应变测力传感器柱式应变测力传感器管道（气体）压力管道（气体）压力管道（气体）压力管道（气体）压力 膜片式（电阻、电容）传感器膜片式（电阻、电容）传感器膜片式（电阻、电容）传
116、感器膜片式（电阻、电容）传感器液位、物位液位、物位液位、物位液位、物位 电容式（测介电常数）电容式（测介电常数）电容式（测介电常数）电容式（测介电常数）1-5mm1-5mm位移位移位移位移电感式（变磁阻）；电容式（变极距）；电感式（变磁阻）；电容式（变极距）；电感式（变磁阻）；电容式（变极距）；电感式（变磁阻）；电容式（变极距）；1-100mm1-100mm位移位移位移位移 差动变压器式；电容式（变面积）；差动变压器式；电容式（变面积）；差动变压器式；电容式（变面积）；差动变压器式；电容式（变面积）；钢板厚度钢板厚度钢板厚度钢板厚度 电涡流式；差动变压器；电容式（变极距）电涡流式；差动变压器；
117、电容式（变极距）电涡流式；差动变压器；电容式（变极距）电涡流式；差动变压器；电容式（变极距）加速度加速度加速度加速度 压电式；电感式；电容式；电阻式压电式；电感式；电容式；电阻式压电式；电感式；电容式；电阻式压电式；电感式；电容式；电阻式答 案被测量：被测量：被测量：被测量：桥梁（机械）振动桥梁（机械）振动桥梁（机械）振动桥梁（机械）振动 应变仪；压电式；电涡流（金属材料）应变仪；压电式；电涡流（金属材料）应变仪；压电式；电涡流（金属材料）应变仪；压电式；电涡流（金属材料）测量测量仪器仪器前置前置放大放大传感器传感器 压电传感器压电传感器压电传感器压电传感器简单测量系统简单测量系统简单测量系统
118、简单测量系统被测量：被测量：被测量：被测量：电子秤（电子秤（电子秤（电子秤（20kg20kg）梁式应变测力传感器梁式应变测力传感器梁式应变测力传感器梁式应变测力传感器吊车吊秤（吊车吊秤（吊车吊秤（吊车吊秤（5T5T）柱式、梁式应变测力传感器柱式、梁式应变测力传感器柱式、梁式应变测力传感器柱式、梁式应变测力传感器汽车衡汽车衡汽车衡汽车衡 柱式柱式柱式柱式被测量：被测量：被测量：被测量：管道（气体）压力管道（气体）压力管道（气体）压力管道（气体）压力 膜片式（电阻、电容、电感）传感器膜片式（电阻、电容、电感）传感器膜片式（电阻、电容、电感）传感器膜片式（电阻、电容、电感）传感器R1R20.58R3
119、R4隔离膜片隔离膜片中央膜片中央膜片传感器传感器凸玻璃圆片凸玻璃圆片凸玻璃圆片凸玻璃圆片弹性膜片弹性膜片弹性膜片弹性膜片( ( ( (动电极动电极动电极动电极) ) ) )固定电极固定电极固定电极固定电极P被测量：被测量：被测量：被测量：液位、物位液位、物位液位、物位液位、物位 电容式（测介电常数）电容式（测介电常数）电容式（测介电常数）电容式（测介电常数）Dd检测电路检测电路测定电极测定电极储罐储罐0 01 1hxH被测量：被测量：被测量：被测量：1-5mm1-5mm位移位移位移位移 电感式（变磁阻）；电容式（变极距）；电感式（变磁阻）；电容式（变极距）；电感式（变磁阻）；电容式（变极距）；
120、电感式（变磁阻）；电容式（变极距）；被测量：被测量：被测量：被测量：钢板厚度钢板厚度钢板厚度钢板厚度 电涡流式；差动变压器；电容式（变极距）电涡流式；差动变压器；电容式（变极距）电涡流式；差动变压器；电容式（变极距）电涡流式；差动变压器；电容式（变极距）被测量：被测量：被测量：被测量：加速度加速度加速度加速度 压电式；电感式；电容式；电阻式压电式；电感式；电容式；电阻式压电式；电感式；电容式；电阻式压电式；电感式；电容式；电阻式弹簧片弹簧片弹簧片弹簧片定极板定极板定极板定极板2 2 2 2质量块（动极板）质量块（动极板）定极板定极板定极板定极板1 1 1 1绝缘体绝缘体绝缘体绝缘体aC1C2m
