传感器原理与应用_6_磁敏传感器
传感器技术-第6讲-压电磁敏传感器PPT
2．霍尔元件基本结构
霍尔元件的外形结构图，它由霍尔片、 4根引线和壳体组成，激励电极通常用红色 线，而霍尔电极通常用绿色或黄色线表示。
图3 霍尔元件
3．霍尔元件基本特性
（1）输入电阻和输出电阻
霍尔元件激励电极之间电阻为输入电 阻，霍尔电极输出电势对于电路外部来说 相当于一个电压源，其电源内阻即为输出 电阻。
（c）
P
i
H-
N 电流
图8 磁敏二极管的工作原理示意图
结论：随着磁场大小和方向的变化，可产生 正负输出电压的变化、特别是在较弱的磁场 作用下，可获得较大输出电压。若r区和r区 之外的复合能力之差越大，那么磁敏二极管 的灵敏度就越高。
磁敏二极管反向偏置时，则在 r区仅流 过很微小的电流，显得几乎与磁场无关。因 而二极管两端电压不会因受到磁场作用而有 任何改变。
6.1.3 压电式传感器的应用
1 压电式测力传感器
组成：
主要由石英晶片、绝缘套、电极、上 盖和基座等组成。
2、原理
传感器的上盖为传力元件，当受到外 力作用时，它将产生弹性形变，将力传递 到石英晶片上，利用石英晶片的压电效应 实现力—电转换。绝缘套用于绝缘和定位。
它的测力范围是0～50N，最小分辨率 为0.01N，绝缘阻抗为 2 1014 ，固有频 率为50～60kHz。非线性误差小于±1%。 整个该传感器重为10g，可用于机床动态 切削力的测量。
ΔU/V
2.0
1.6 1.2
3．霍尔式接近开关
利用霍尔效应可以制成开关型传感器。 广泛应用于测转速、制作接近开关等。霍 尔式接近开关主要由霍尔元件、放大电路、 整形电路、输出驱动及稳压电路5部分组成。
由工作特性曲线可见，工作时具有一定的 磁滞特性，可以使开关更可靠工作。图中
磁敏传感器的工作原理
磁敏传感器的工作原理
磁敏传感器是一种可以感应磁场的传感器，它可以将磁场的变化转化为电信号输出。
磁敏传感器的工作原理是基于磁阻效应或霍尔效应。
磁阻效应是一种磁敏传感器常用的工作原理之一。
它利用磁阻材料在外加磁场下电阻值的变化来感应磁场。
磁阻材料通常是由两种具有不同电阻的材料叠层组成，当外加磁场改变时，两种材料的电子结构的变化会导致磁阻材料的电阻值发生变化。
这种变化可以通过测量电路中的电压或电流来检测。
霍尔效应是另一种常用的磁敏传感器工作原理。
它利用材料在磁场下形成电势差的现象来感应磁场。
当材料中的载流子在外加磁场下偏转时，会在材料的两端产生电势差。
这个电势差可以通过连接到测量电路中的霍尔元件来测量。
霍尔元件通常是由半导体材料制成的，它们可以对电势差产生响应并转化为电信号。
磁敏传感器可以广泛应用于许多场合，例如测量电机转速、磁头位置、地磁场、车辆速度和方向等。
它们的优点是精度高、反应速度快、稳定性好和可靠性高。
因此，磁敏传感器已成为许多电子器件和系统中不可或缺的部分。
- 1 -。
磁敏式传感器的原理及应用
磁敏式传感器的原理及应用1. 磁敏式传感器的原理磁敏式传感器是一种能够检测和测量磁场变化的装置。
它利用材料的磁敏特性，在磁场的作用下产生相应的电信号，从而实现对磁场的检测和测量。
1.1 磁敏效应磁敏效应是指材料在外加磁场作用下，呈现出磁介质性质的变化。
常见的磁敏效应包括磁电效应、霍尔效应和磁致伸缩效应等。
其中，磁电效应是磁敏式传感器工作的基础。
1.2 磁敏材料磁敏式传感器所使用的磁敏材料具有以下几个主要特点： - 高磁导率：磁敏材料能够有效地传导磁场，在外加磁场作用下形成较大的感应电流。
- 高磁阻率：磁敏材料对磁场的变化非常敏感，能够产生较大的电信号响应。
- 稳定性：磁敏材料的特性稳定，能够在较宽的温度范围内工作。
1.3 工作原理磁敏式传感器的工作原理基于磁电效应，即磁场变化引起材料电阻的变化。
当外加磁场发生变化时，磁敏材料内部的自由电荷受到磁力作用，导致电荷运动方向发生变化，从而改变了材料内部的电流分布和电阻。
2. 磁敏式传感器的应用磁敏式传感器的应用非常广泛，在许多领域中发挥着重要的作用。
2.1 位移检测磁敏式传感器可以用于测量物体的位移。
通过将磁敏材料与运动物体相连，并放置在磁场中，当物体发生位移时，磁敏材料的电阻发生变化，从而可以测量位移的大小。
2.2 速度检测磁敏式传感器还可以用于监测物体的速度。
通过将磁敏材料与运动物体相连，并放置在磁场中，当物体以一定速度运动时，磁敏材料的电阻发生变化，从而可以测得物体的速度。
2.3 磁场检测磁敏式传感器能够检测磁场的变化。
当磁场发生变化时，磁敏材料的电阻也会发生变化，从而可以检测磁场的强度和方向。
2.4 电流检测磁敏式传感器还可以用于检测电流。
通过将磁敏材料与电流回路相连，当电流通过时，磁场的变化会引起磁敏材料的电阻变化，从而可以测量电流的大小。
2.5 磁导航磁敏式传感器可以应用于磁导航领域。
通过检测磁场的变化，磁敏式传感器可以确定物体的方向和位置，从而实现导航功能。
磁敏传感器工作原理
磁敏传感器工作原理磁敏传感器工作原理：磁敏传感器，顾名思义就是感知磁性物体的存在或者磁性强度(在有效范围内)这些磁性材料除永磁体外，还包括顺磁材料(铁、钴、镍及其它们的合金)当然也可包括感知通电(直、交)线包或导线周围的磁场。
一，传统的磁检测中首先被采用的是电感线圈为敏感元件。
特点正是无须在线圈中通电，一般仅对运动中的永磁体或电流载体起敏感作用。
后来发展为用线圈组成振荡槽路的。
如探雷器，金属异物探测器，测磁通的磁通计等. (磁通门，振动样品磁强计)。
二，霍尔传感器霍尔传感器是依据霍尔效应制成的器件。
霍尔效应：通电的载体在受到垂直于载体平面的外磁场作用时，则载流子受到洛伦兹力的作用，并有向两边聚集的倾向，由于自由电子的聚集(一边多一边必然少)从而形成电势差，在经过特殊工艺制备的半导体材料这种效应更为显著。
从而形成了霍尔元件。
早期的霍尔效应的材料Insb(锑化铟)。
为增强对磁场的敏感度，在材料方面半导体IIIV 元素族都有所应用。
近年来，除Insb之外，有硅衬底的，也有砷化镓的。
霍尔器件由于其工作机理的原因都制成全桥路器件，其内阻大约都在 150Ω~500Ω之间。
对线性传感器工作电流大约在2~10mA左右，一般采用恒流供电法。
Insb与硅衬底霍尔器件典型工作电流为10mA。
而砷化镓典型工作电流为2 mA。
作为低弱磁场测量，我们希望传感器自身所需的工作电流越低越好。
（因为电源周围即有磁场，就不同程度引进误差。
另外，目前的传感器对温度很敏感，通的电流大了，有一个自身加热问题。
（温升）就造成传感器的零漂。
这些方面除外附补偿电路外，在材料方面也在不断的进行改进。
霍尔传感器主要有两大类，一类为开关型器件，一类为线性霍尔器件，从结构形式（品种）及用量、产量前者大于后者。
霍尔器件的响应速度大约在1us 量级。
三，磁阻传感器磁阻传感器，磁敏二极管等是继霍尔传感器后派生出的另一种磁敏传感器。
采用的半导体材料于霍尔大体相同。
磁敏式传感器.课件
06
磁敏式传感器的发展趋势与展望
新材料的应用
高磁导率材料
01
利用具有高磁导率的材料，提高磁敏式传感器的灵敏度和响应
速度。
稀有金属材料
02
采用稀有金属材料，如稀土元素，以改良传感器的性能和稳定
性。
复合材料
03
通过将不同材料的优点结合，开发出具有优异性能的复合磁敏
材料。
新工艺的研发
薄膜工艺
利用薄膜工艺制备超薄、高灵敏度的磁敏元件， 提高传感器的精度和稳定性。
磁通元件
利用磁通效应，将磁场变化转化为 电压变化，从而检测磁场强度。
信号处理电路
01
02
03
放大器
将磁敏元件输出的微弱信 号进行放大，提高信号的 信噪比。
滤波器
对信号进行滤波处理，去 除噪声干扰，提高信号的 稳定性。
调制解调器
将磁敏元件输出的模拟信 号转换为数字信号，便于 后续处理。
输出装置
显示器
位置检测
位置检测概述
位置检测是控制系统中不可或缺的一环，磁 敏式传感器可用于位置检测。
位置检测原理
磁敏式传感器通过检测磁场的变化，判断物 体的位置和运动轨迹。
位置检测应用
在机器人、自动化生产线、医疗器械等领域 ，位置检测的应用越来越广泛。
位置检测优缺点
磁敏式传感器具有非接触、精度高等优点， 但也存在对环境磁场干扰敏锐等缺点。
具有较高的灵敏度。
线性输出
磁敏式传感器的输出信号与磁 场强度成线性关系，使得测量 结果更为准确可靠。
稳定性好
经过特殊工艺处理，磁敏式传 感器具有较好的温度特性和长 期稳定性。
抗干扰能力强
由于磁场不易受到电场、温度 等因素的干扰，因此磁敏式传 感器在复杂环境下仍能保持较
霍尔磁敏传感器的原理及应用
霍尔磁敏传感器的原理及应用由霍尔效应的原理知，霍尔电势的大小取决于：Rh为霍尔常数，它与半导体材质有关；IC为霍尔元件的偏置电流；B为磁场强度；d为半导体材料的厚度。
对于一个给定的霍尔器件，Vh将完全取决于被测的磁场强度B。
一个霍尔元件一般有四个引出端子，其中两根是霍尔元件的偏置电流IC的输入端，另两根是霍尔电压的输出端。
如果两输出端构成外回路，就会产生霍尔电流。
一般地说，偏置电流的设定通常由外部的基准电压源给出；若精度要求高，则基准电压源均用恒流源取代。
为了达到高的灵敏度，有的霍尔元件的传感面上装有高导磁系数的坡莫合金；这类传感器的霍尔电势较大，但在0.05T左右出现饱和，仅适用在低量限、小量程下使用。
近年来，由于半导体技术的飞速发展，出现了各种类型的新型集成霍尔元件。
这类元件可以分为两大类，一类是线性元件，另一类是开关类元件。
2线性霍尔元件的原理及应用UGN350lT是一种目前较常用的三端型线性霍尔元件。
它由稳压器、霍尔发生器和放大器组成。
用UGN350lT可以十分方便地组成一台高斯计。
其使用十分简单，先使B=0，记下表的示值VOH，再将探头端面贴在被测对象上，记下新的示值VOH1。
ΔVOH=VOH1-VOH如果ΔVOH＞0，说明探头端面测得的是N极；反之为S极。
UGN3501T的灵敏度为7V／T，由此即可测出相应的被测磁感应强度B。
如果采用数字电压表(DVM)，可得图1所示的线性高斯计。
运放采用高精度运放CA3130。
该电路的具体调零方式为：开启电源后，令B=0，调节W1使DVM的示值为零，然后用一块标准的钕铝硼磁钢(B=0.1T)贴在探头端面上，调节W2使DVM的示值为1V即可。
本高斯计检测时示值如果为-200mV，则探头端面检测的是S极，磁场强度为0．02T。
本高斯计也可用来测量交变的磁场，不过DVM应改为交流电压表。
显然使用图1的电路可以很方便地扩展普通数字万用表的功能。
用UGN3501T还可以十分方便地组成如图2所示的钳形电流表。
冰箱磁敏传感器作用是什么
冰箱磁敏传感器作用是什么随着科技的不断发展，家用电器也在不断更新换代，冰箱作为家庭中不可或缺的电器之一，也在不断进行技术升级。
其中，磁敏传感器作为冰箱的重要组成部分之一，起着至关重要的作用。
本文将从磁敏传感器的定义、原理、作用和应用范围等方面进行详细介绍。
一、磁敏传感器的定义。
磁敏传感器是一种能够感知磁场变化并将其转化为电信号输出的传感器。
它通常由磁敏元件和信号处理电路组成，能够对磁场进行快速、准确的检测和测量。
在冰箱中，磁敏传感器主要用于检测冰箱门的开关状态，以及监测冰箱内部的温度和湿度等参数。
二、磁敏传感器的原理。
磁敏传感器的工作原理主要是基于磁阻效应或霍尔效应。
磁阻效应是指在外加磁场的作用下，磁敏元件的电阻发生变化，从而产生输出信号。
而霍尔效应是指当磁敏元件受到外加磁场的影响时，电荷载流子的运动方向发生改变，从而产生霍尔电压。
通过对这些输出信号的处理和分析，可以实现对磁场变化的感知和测量。
三、磁敏传感器的作用。
在冰箱中，磁敏传感器主要有以下几个作用：1. 检测冰箱门的开关状态。
冰箱门通常配备有磁性的密封条，当门关闭时密封条与磁敏传感器之间的磁场发生变化，传感器能够及时感知到门的状态，并将信号传输给控制系统，从而实现对冰箱门的开关状态进行监测和控制。
2. 监测冰箱内部的温度和湿度。
磁敏传感器可以通过感知磁场的变化来监测冰箱内部的温度和湿度等参数，从而帮助用户实时了解冰箱内部的环境情况，并调节冰箱的工作状态，以确保食物的新鲜和保存。
3. 实现智能控制和节能。
通过磁敏传感器对冰箱门的开关状态和环境参数的监测，可以实现智能控制和节能管理。
比如，当冰箱门长时间处于打开状态时，系统可以通过传感器的监测及时发出警报或自动关闭门，以防止能源的浪费和食物的损坏。
四、磁敏传感器的应用范围。
除了在冰箱中的应用外，磁敏传感器还广泛应用于工业自动化、汽车电子、医疗设备、通信设备等领域。
在工业自动化中，磁敏传感器可以用于检测物体的位置、速度和方向等信息，实现自动化生产和控制。
磁电传感器的原理和应用
磁电传感器的原理和应用前言磁电传感器是一种能将磁场信号转换成电信号的传感器，广泛应用于各种领域。
本文将介绍磁电传感器的原理和应用。
一、磁电传感器的原理磁电传感器的工作原理基于磁效应，主要包括霍尔效应、磁电阻效应和磁敏电容效应。
1. 霍尔效应霍尔效应是最早被发现和广泛应用的磁电效应之一。
当电流通过一块导电材料时，若将其放在磁场中，磁场就会对电子流的平衡状态产生影响，从而引起一侧电子浓度的变化，产生电压差。
这个电压差被称为霍尔电压。
2. 磁电阻效应磁电阻效应是指材料在外加磁场下，其电阻发生变化的现象。
常见的磁电阻效应有巨磁电阻效应（GMR）和隧道磁电阻效应（TMR）。
它们的本质是通过控制材料中磁性局域区域的磁结构来改变电阻值。
3. 磁敏电容效应磁敏电容效应是指材料在磁场下，电容值发生变化的现象。
这种效应通常是通过改变材料中的磁性局域区域的电容性质来实现的。
二、磁电传感器的应用磁电传感器由于其高灵敏度、响应速度快、易于集成等特点，在许多领域得到了广泛的应用。
1. 汽车工业磁电传感器在汽车工业中起到了重要的作用。
例如，在车辆换挡控制中，霍尔效应传感器被用于检测离合器和制动踏板的位置，从而实现自动换挡；在刹车控制中，磁敏电容效应传感器被用于检测刹车片的磨损程度，提供刹车片更换的提示。
2. 电子设备磁电传感器广泛应用于各种电子设备中。
例如，在手机中，磁敏电容效应传感器被用于检测翻盖状态和磁盖位置，实现手机的自动睡眠和唤醒功能；在音频设备中，磁电阻传感器被用于控制音量调节，实现用户友好的操作体验。
3. 工业自动化磁电传感器在工业自动化领域中发挥着重要的作用。
例如，在生产线上，磁敏电容效应传感器被用于检测零件的位置和运动状态，实现精准的定位和控制；在机械加工过程中，磁电阻传感器被用于检测工件的尺寸和形状，实现自动化的加工过程控制。
4. 医疗器械磁电传感器在医疗器械领域中应用广泛。
例如，在磁共振成像（MRI）中，磁电阻传感器被用于检测磁场强度和方向，提供精准的成像结果；在心脏起搏器中，霍尔效应传感器被用于检测心脏的电信号，实现有效的心脏节律调整。
常见磁传感器及原理和应用
磁学量的单位
CGSE，又称静电单位制（electrostatic units）简称ESU 基本量为长度、质量和时间。基本单位为cm、g和s。 通过库仑定律，并令k＝1确定电荷单位，库仑。电场强度E、极化强度P和电位 移D量纲都相同。 安培环路定律和法拉第电磁感应定律分别确定磁感应强度B和磁场强度H，量纲 不同，真空中也不相等，真空磁导率μ0=1/c2。
霍尔传感器的测量电路和误差分析
霍尔传感器的测量电路 霍尔元件的基本测量电路如图。控制电流I由电压源E供给，R是调节电阻，用 以根据要求改变I的大小。所施加的外电场B一般与霍尔元件的平面垂直。控 制电流也可以是交流电。
霍尔元件的基本测量电路
霍尔传感器的误差分析 • 霍尔元件对温度的变化很敏感，因此，霍尔元件的输入电阻、输出电阻、
• 图a是在输入回路进行温度补偿； • 图b是在输出回路进行温度补偿。
• 在安装测量电路时，热敏元件最好和霍尔元件封装在一起或尽量靠 近，以使二者的温度变化一致。
（a）在输入回路进行补偿
（b）在输出回路进行补偿
采用热敏元件的温度补偿电路
（3）不等位电势的补偿 • 不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级，有时甚至超过霍尔电势。实用
L 0t N2A
l
微型集成磁通门
交叉磁芯结构的2轴磁通门传感器结构示意图
美国的KVH公司
超导量子干涉磁强计
１９６２年英国约瑟夫逊在理论上预言了约瑟夫逊效应，几年后由 实验证实。该效应是指在两超导体之间插入纳米厚度的绝缘体，超 导电子对能够穿过绝缘体，超导体／绝缘体／超导体称为约瑟夫逊 结，约瑟夫逊结有直流和交流约瑟夫逊效应。在约瑟夫逊效应的超 导状态，磁场也具有重要作用，相耦合的电或磁也将发生电磁效应。 基于超导体的约瑟夫逊效应，利用超导量子干涉器件（SQUIDsuperconducting quantum interferometric device）可以对各种 物理量做超精密测量。
磁敏传感器的工作原理
磁敏传感器的工作原理
磁敏传感器是一种基于磁场效应的传感器，具有可靠的工作性能，可以检测磁场的强度和方向。
在磁敏传感器中，磁场在磁环中旋转形成磁轴，当外部磁场的方向和磁轴一致时，则产生相应的信号。
典型结构
磁敏传感器的典型结构是由一个铁环及一个线圈组成，磁环上的线圈就是信号传感器，其作用是将受到影响的磁场转换为电信号，磁环用于捕捉外界磁场，其形状及大小对磁敏传感器的性能有较大影响，另外，磁敏传感器中一般采用蛇形线圈，以增大线圈的感应面积，提高传感器的灵敏度。
工作原理
当外部磁场作用于磁环上时，磁环上的线圈会因为磁感应而产生电动势，从而产生电流，将外部磁场信号转换为电信号，进而检测外部磁场的方向与强度。
该原理就是：利用磁环和线圈对外部磁场做变化，使磁场导致线圈感应出电动势，从而得到需要的信号。
应用
磁敏传感器应用十分广泛，它可以用于检测轴承内的磁场，从而实现动态寿命监测；可以用于检测磁铁吸附位置，进行形状及方位的测量；可以用于安全控制，当有外部磁场作用于磁敏传感器时，该传感器以特定频率发出报警信号；可以用于智能控制，通过磁敏传感器可以检测到物体的位置及方位，从而实现自动控制或仿生控制等等。
- 1 -。
磁敏传感器的工作原理
磁敏传感器的工作原理
磁敏传感器（Magnetic Sensors）是物理传感器中最为重要的一种，用来检测某一事物的磁场强度。
它可以测量磁场相对于一个特定标准的强度，以及磁场的方向。
磁敏传感器可以用来检测永久磁体、自发磁体、非永久磁体以及其它磁性物质的磁场。
磁敏传感器的工作原理是：当检测到的磁场变化时，传感器的电容变化，或者变化传感器内部的负载电阻，从而改变传感器电路的输出电流，从而获得磁场的数据。
磁敏传感器可以分为三类：磁敏电阻传感器、磁敏半导体传感器和磁敏磁芯传感器。
它们的工作原理都大体相同，只是在实现技术上有所不同。
磁敏电阻传感器是由一个特殊的磁敏半导体电阻片和一个可变
电阻器构成的电路。
当检测到的磁场变化时，电路中的磁敏电阻片会产生变化，而可变电阻器则会做出准确的调节，从而提供准确的测量数据。
磁敏半导体传感器是由磁敏半导体构成的一个电路。
当检测到的磁场变化时，磁敏半导体会产生变化，从而改变电路的输出电压，从而获得磁场的准确数据。
磁敏磁芯传感器是由一个特殊的磁芯和一个电阻构成的电路。
当检测到的磁场变化时，磁芯会对电阻产生感应，通过测量电阻对外界磁场的反应来获得磁场的数据。
磁敏传感器的应用非常广泛，目前已经应用在工业自动化、家用
电器、航空、航天等方面。
未来，磁敏传感器在更多领域得到应用，并可以为社会带来更多的好处。
磁敏传感器原理
磁敏传感器是一种利用磁场变化来检测和测量物理量的器件。
其原理基于霍尔效应，即当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体垂直于磁场和电流的方向上会产生电势差，这个电势差被称为霍尔电势差。
由于磁敏传感器内部装有霍尔元件，当有磁场及其方向变化时，霍尔元件能够检测到磁场强度和方向的变化，并将其转换为电信号输出。
磁敏传感器具有高灵敏度、高分辨率和高可靠性的特点，因此在许多领域都有广泛的应用。
例如，在无刷直流电机中，磁敏传感器可以用来检测转子位置和转速，从而实现电机的无接触控制。
此外，磁敏传感器还被广泛应用于测量电流、磁场、位置、速度和角度等物理量，并且在自动化控制、汽车电子、智能家居等领域也有着广泛的应用。
随着科技的不断发展，磁敏传感器的性能和可靠性也在不断提高。
目前，磁敏传感器已经从实验室走向了市场，成为一种重要的传感器类型。
未来，随着新材料、新工艺和新技术的应用，磁敏传感器的性能将会得到进一步提升，应用领域也将进一步扩大。
磁敏传感器工作原理
磁敏传感器工作原理
磁敏传感器是一种能够感知磁场变化并将其转化为电信号的设备。
其基本工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 磁敏元件：磁敏传感器通常由一种磁性材料制成，如硅钢片、铁氧体等。
这些材料具有较低的饱和磁感应强度，即在磁场作用下，材料的磁化程度能够随磁场强度的变化而改变。
2. 磁场作用：当磁敏传感器周围有磁场存在时，磁场会对磁敏元件产生作用，使其磁化程度发生变化。
3. 磁化程度变化引起的电信号：磁敏元件磁化程度的变化会导致其磁导率的改变，进而影响到通过其的磁通量。
当磁敏元件中的磁通量变化时，根据法拉第电磁感应定律，会在磁敏元件上产生涡旋电动势。
4. 电信号放大与处理：通过将磁敏传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波等处理，将其转化为可以被电子设备读取和识别的信号。
总的来说，磁敏传感器通过感知周围磁场的变化，并将其转化为电信号，从而实现磁场的检测和测量。
应用领域广泛，包括磁力计、地磁测量、磁条读写、磁存储等。
传感器原理及应用第六章 磁电式传感器
两者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
（一）磁电感应式传感器的工作原理
电磁式传感器工作原理
当一个W匝线圈相对静止地处于随时间变化的磁场中时，设穿 过线圈的磁通为Ф，则整个线圈中所产生的感应电动势e为
e W d dt
（二）磁电感应式传感器的结构及特点
1、磁电感应式传感器的结构
磁电式传感器基本上由以下三部分组成： ①磁路系统：它产生一个恒定的直流磁场，为了减小传感器 体积，一般都采用永久磁铁； ②线圈：它与磁铁中的磁通相交产生感应电动势； ③运动机构：它感受被测体的运动使线圈磁通发生变化。
式(7 - 7)可得近似值:
γt ≈(-4.5%)/10 ℃
(Hale Waihona Puke - 8)这一数值是很可观的, 所以需要进行温度补偿。 补偿通常采
用热磁分流器。热磁分流器由具有很大负温度系数的特殊磁
性材料做成。它在正常工作温度下已将空气隙磁通分路掉一
小部分。当温度升高时, 热磁分流器的磁导率显著下降, 经它
分流掉的磁通占总磁通的比例较正常工作温度下显著降低, 从
而保持空气隙的工作磁通不随温度变化, 维持传感器灵敏度为
常数。
（三）磁电感应式传感器的转换电路
磁电式传感器直接输出感应电势, 且传感器通常具有较高 的灵敏度, 所以一般不需要高增益放大器。但磁电式传感器是 速度传感器, 若要获取被测位移或加速度信号, 则需要配用积 分或微分电路。 图为一般测量电路方框图
常见磁传感器及原理和应用
常见磁传感器及原理和应用常见的磁传感器有霍尔效应传感器、磁阻传感器、磁电传感器和磁势传感器等。
1. 霍尔效应传感器：霍尔效应传感器是一种利用霍尔效应测量磁力或磁场的传感器。
霍尔效应是一种基于洛伦兹力的现象，当导电体载流时，不同方向上的磁场将会对其产生力。
这个现象可以通过霍尔元件来检测，通过测量霍尔元件输出的电压信号来判断磁场的方向和强度。
霍尔效应传感器具有结构简单、响应速度快、精度高的特点，常用于测量电机的位置和速度、检测磁场的方向等。
2. 磁阻传感器：磁阻传感器是一种通过测量磁场对磁性材料的磁阻影响来检测磁场的传感器。
磁阻传感器通常由磁敏电阻和信号处理电路组成。
当磁敏电阻处于磁场中时，磁阻值会发生变化，通过测量磁阻值的变化可以得到磁场的信息。
磁阻传感器具有结构简单、响应速度快、精度较高以及抗干扰能力强的特点，广泛应用于汽车、电池管理系统、工业自动化等领域。
3. 磁电传感器：磁电传感器是一种利用铁电材料的磁电效应来检测磁场的传感器。
磁电效应是指铁电材料在磁场作用下会产生电场。
磁电传感器通常由铁电材料和电极组成，通过测量电极上的电压信号来判断磁场的强度和方向。
磁电传感器具有灵敏度高、响应速度快、可靠性好的特点，广泛应用于声波、振动以及磁场等测量领域。
4. 磁势传感器：磁势传感器是一种利用磁感应强度和磁导率之间关系来检测磁场的传感器。
磁势传感器通常由磁致伸缩材料和传感器芯片组成，通过测量磁致伸缩材料的长度变化来判断磁场的强度。
磁势传感器具有结构简单、响应速度快、有功耗小的特点，广泛应用于位移、振动等测量领域。
这些常见的磁传感器在工业自动化、汽车电子、消费电子等领域有着广泛的应用。
例如，在汽车电子领域中，霍尔效应传感器可以用于测量引擎的转速、车速以及车辆的位置等信息；磁阻传感器可以用于测量刹车踏板的位置、气囊部署状态等；磁电传感器可以用于测量车门开关、座椅调节器等的位置信息。
在消费电子领域中，这些磁传感器也被广泛应用于磁卡、指南针、磁力计等设备中。
磁敏式传感器中的磁电式和霍尔式原理及应用
磁敏式传感器中的磁电式和霍尔式原理及应用磁敏式传感器在许多电子设备中发挥着关键作用，其中磁电式和霍尔式是两种常见的类型。
这两种传感器利用磁感应原理，将磁场强度转换为电信号，从而实现对各种物理量的测量。
本篇文章将详细介绍磁电式传感器和霍尔传感器的原理、应用以及注意事项。
一、磁电式传感器原理及应用磁电式传感器基于磁感应原理，即磁场的变化能够产生电压。
当磁场穿过金属片时，金属片会发生相应的电位差，即电磁感应。
这种传感器通常用于测量速度、长度、位移等物理量。
其工作原理如下：1.结构：磁电式传感器通常由永久磁铁和金属感应片组成。
金属感应片固定在壳体上，通过连接线连接到测量电路。
2.工作原理：当磁场穿过金属感应片时，会产生电动势，其大小与磁场强度成正比。
因此，通过测量电动势，可以确定磁场强度或相应的物理量。
3.应用：磁电式传感器广泛应用于流量计、测速仪、转速表等领域，用于测量流体的流量和速度。
此外，在汽车电子控制系统如ABS防抱死系统、TCS牵引力控制系统等中也发挥着重要作用。
二、霍尔传感器原理及应用霍尔传感器是基于霍尔效应制成的传感器。
当电流通过一个置于磁场中的半导体时，会在电子层面上产生电压，即霍尔电压。
这种传感器能够将磁场强度转换为电信号，从而实现对各种物理量的测量。
1.结构：霍尔传感器通常由半导体、固定磁场和连接线组成。
半导体通常被夹在两个导电片之间，形成一个霍尔电场。
2.工作原理：当电流通过霍尔传感器时，会在霍尔电场上产生电压，即霍尔输出。
霍尔输出的大小与磁场强度成正比，因此通过测量霍尔输出，可以确定磁场强度或相应的物理量。
3.应用：霍尔传感器在各种电子设备中广泛应用，如电流检测、位置测量、转速表、安全气囊控制等。
此外，霍尔传感器还被用于汽车电子控制系统如发动机控制、ABS防抱死系统等。
三、注意事项使用磁敏式传感器时，需要注意以下几点：1.磁场强度：确保磁敏元件工作在适当的磁场强度范围内，以免损坏传感器。
磁敏传感器应用举例及原理
磁敏传感器应用举例及原理磁敏传感器，简称磁传感器，是一种常用的磁性测量设备。
它可以测量磁场、磁铁、电机转速、位置、方位、温度等一系列参数，具有响应速度快、精度高、稳定性好等优点。
本文将从磁传感器的应用举例及原理两个方面进行详细介绍。
一、磁传感器的应用举例1. 磁传感器在汽车领域的应用磁传感器在汽车领域中有着广泛的应用。
例如，在发动机控制系统中，磁传感器能够感知发动机传动轴的旋转速度，并将这一信息反馈给电控单元，从而实现发动机控制、点火、燃烧等功能；在刹车系统中，磁传感器能够感知刹车踏板的行程，并将这一信息传输给ABS系统，实现刹车压力的控制和调节等多个功能。
2. 磁传感器在工业领域的应用在工业领域中，磁传感器同样有着广泛的应用。
例如，在机器人的调节和控制中，磁传感器能够感知各个机械部件的位置、速度和方向等信息，从而实现机器人的动作调节、定位和导航等功能；在电机控制领域中，磁传感器能够感知电机的转速和位置等信息，并将这些信息反馈给电控单元，实现电机运转的控制和调整。
3. 磁传感器在安防领域的应用磁传感器在安防领域中同样有着广泛的应用。
例如，在门禁系统中，磁传感器能够检测门体是否关闭，从而实现门禁的控制和管理；在反盗系统中，磁传感器能够感知物品是否被移动或者被拆下，从而实现对物品的监控和保护。
二、磁传感器的原理磁传感器的本质原理是利用霍尔效应或者安培效应检测磁场的强度和方向等参数。
下面我们分别介绍这两种检测方法的原理。
1. 霍尔效应检测磁场霍尔效应是指在材料内注入电流时，当该材料与磁场相交时，磁场会使材料内的自由电子沿磁力线运动，并在材料内产生电压差。
这种电压差称为霍尔电压，具有与磁场强度和方向等相关的特性。
因此，通过测量材料内的霍尔电压，可以确定磁场的强度和方向。
2. 安培效应检测磁场安培效应是指在传导物质中流过电流时，当该物质与磁场相交时，磁场会使该物质内的电荷载流子发生偏转或者旋转，产生感应电势。
磁敏传感器的工作原理
磁敏传感器的工作原理
磁敏传感器是一种广泛应用的传感器，用于检测环境中的磁场强度及其变化。
它往往由一种磁敏元件和其它元件组成，能够将外界磁场变化转换为可测量的电信号。
磁敏传感器放大的磁场强度信号可以用于控制系统中磁场的振动和旋转。
磁敏传感器的工作原理可以用模拟和数字的方式表示，根据传感器的不同功能，可以分为模拟磁敏传感器和数字磁敏传感器。
模拟磁敏传感器的工作原理，当磁场强度的变化时，通过模拟电路的工作原理，磁敏元件的磁感应电阻变化，从而使电流产生变化，以此来检测外界磁场的强度变化。
数字磁敏传感器的工作原理和模拟的相似，但是它直接产生数字输出，从而更加精确。
与模拟磁敏传感器不同，数字磁敏传感器以数字信号的形式来检测外界磁场的强度变化。
数字磁敏传感器的优点在于它能够更精确地检测到磁场强度，并且可以对磁场强度作出更精确的控制和调节。
而模拟磁敏传感器往往会有噪音的影响，影响检测结果的准确性。
- 1 -。
磁敏传感器的工作原理
磁敏传感器的工作原理
磁敏传感器的工作原理
磁敏传感器是一种特殊的传感器，它可以通过受外界磁场影响而发出信号，从而判断并处理外界物理信息。
它因其具有稳定、无损耗、可靠性高及抗干扰能力强而广泛应用于各种机电设备中。
磁敏传感器的工作原理主要分为三种：
一、磁复用原理：当外界磁场发生变化时，传感器内固定的磁体原子会出现相应的微小运动，这一运动由传感器转换器转换为电讯号，最终表现为改变的输出信号。
二、磁桥原理：此类传感器具有极高的精度，它利用磁场引起抵消力对横桥相对应的角度变化，探测磁场的变化，然后通过放大器放大此变化，最后将变化转换成电流。
三、液体磁力数字原理：磁感应式旋转编码器利用光电头和聚合物液体磁力计角度拆分可以达到高精度，因为液体在外界磁场的影响下会出现微小变化，可以将其转换为电讯号，从而实现方位角度的精确检测。
- 1 -。
(传感器技术及应用)第5章磁敏传感器
02
磁敏传感器的技术原理
霍尔效应
总结词
霍尔效应是磁敏传感器中应用最广泛的技术原理之一，它利用磁场对导体中载流子的作用力来检测磁 场。
详细描述
当导体中通入电流时，磁场会对载流子施加洛伦兹力，使载流子在导体中偏转，产生霍尔电压。霍尔 电压的大小与磁场强度成正比，因此可以通过测量霍尔电压来间接测量磁场强度。
工作原理
磁敏传感器利用磁电效应、霍尔 效应、磁阻效应等物理原理，将 磁场变化转换成电信号，电信号 经过处理后可以输出磁场参数。
分类与特点
分类
磁敏传感器有多种类型，包括霍尔元 件、霍尔集成电路、磁阻元件、磁通 门等。
特点
磁敏传感器具有高灵敏度、高精度、 稳定性好、抗干扰能力强等优点，能 够实现对微弱磁场变化的精确测量。
磁性材料检测
磁敏传感器可以检测磁性材料的磁性 特征，如磁滞回线、矫顽力等，常用 于磁性材料的研究和生产过程中。
电流测量
直流电流测量
磁敏传感器可以测量直流电流的大小， 常用于电池电量检测、电路保护等领域 。
VS
交流电流测量
磁敏传感器也可以测量交流电流的大小， 常用于电网监测、电机控制等领域。
位置和角度检测
详细描述
磁通门技术利用铁磁材料的磁化曲线非线性的特点，将交变磁场转化为电压或电流信号。磁通门技术的优点在于 其具有较高的灵敏度和精度，可以用于测量弱磁场和磁场分布。
03
磁敏传感器的应用实例
磁场测量
磁场强度检测
磁敏传感器能够检测磁场强度，常用 于地质勘测、航空航天、医疗等领域， 如检测地球磁场、磁场异常点等。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
05
磁敏传感器与其他传感 器的比较
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
CD-1型振动速度传感器
非重点
磁电式扭矩传感器
非重点
5.2 霍尔传感器
Part.1 原理
霍尔传感器
霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器，是把磁学物理量 转换成电信号的磁敏传感器。 发展历程
1879年，美国物理学家霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应，但由 于金属材料的霍尔效应太弱而没有得到应用。 随着半导体技术的发展，开始使用半导体材料制成霍尔元件，由于它 的霍尔效应显著而得到广泛应用和发展。 结构简单，体积小，坚固， 频率响应宽（从直流到微波），动态范围大（输出电动势变化）, 非接触、使用寿命长、可靠性高、易于微型化和集成化。 转换率较低、温度影响大、要求转换精度较高时需要进行温度补偿。
关于灵敏度的理解
由于金属的电子浓度很高，所以它的霍尔系数或灵敏度都很小，因 此不适于制作霍尔元件。 元件的厚度d越小，灵敏度越高，因此制作霍尔片时可以采用减小d 的方法来增加灵敏度，但是不能认为d越小越好，因为这会导致元 件的输入和输出电阻增加。
磁场与霍尔元件平面呈现夹角
当磁感应强度B和霍尔片平面法线n成角度θ时，此时实际作 用于霍尔片的有效磁场使其法线方向的分量，即B•cosθ，其 霍尔电势为：
ρ表示材料的电阻率（Ω•m） μ表示载流子的迁移率（m2/s•V） 即单位电场作用下载流子的运动速度
一般情况下，电子的迁移率要大于空穴的迁移率， 因此制成霍尔元件时多采用N型半导体材料。
灵敏度
R KH H d
1 ned
U H K H IB
KH称为元件的灵敏度，它表示霍尔元件在单位磁感应强度和单 位控制电流作用下霍尔电势的大小，单位是（mV/mA•T）
电流灵敏度：
非重点
I0 v
电流灵敏度是单位速度引起的输出电流变化，为：
SI
电压灵敏度：
电压灵敏度是单位速度引起的输出电压变化 ，为： U0 SV v
提高灵敏度的方法 ：
可以增大磁场强度B、每匝线圈的长度l和线圈匝数N。 同时需要综合考虑传感器的材料、体积、重量、内阻和工作频率。
变磁通式
非重点
对于变磁通式磁电传感器，线圈和磁铁都静止不动，感应 电动势是由变化的磁通产生的。由导磁材料组件构成的被 测体运动时，比如转动物体引起磁阻变化，使穿过线圈的 磁通量变化，从而在线圈中产生感应电动势，所以这种传 感器也成为变磁阻式。
磁电感应式传感器的基本特征
非重点
电动势磁电感应传感器的灵敏度特性曲线在理论上应该是 一条直线，而实际的灵敏度特性是非线性关系的。
d e N dt
右手定律
发电机
恒磁通式
非重点
磁路系统产生恒定的磁场，工作间隙中的磁通也保持恒定 不变，感应电动势是由线圈相对永久磁铁运动时切割磁力 线而产生的。
永磁铁与传感器壳体固定，线圈相对于传感器壳体运动，称为动圈式。 线圈组件与传感器壳体固定，永磁铁相对于传感器壳体运动，称为动铁式。
工作原理
非重点
动圈式和动铁式的工作原理相同。 若线圈和磁铁有相对运动，则线圈中产生的感应电动势与 磁场强度、线圈导体长度、线圈匝数以及线圈切割磁力线 的速度成比例关系，具体为：
d dx e N NBl BlNv dt dt
线圈 匝数 磁感应 强度 每匝线圈 长度
线圈 运动速度
优点：
缺点：
霍尔效应
金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中（若磁场垂直于薄 片），当有电流I流经时（若I与B正交），在垂直于电流I和磁场B的方 向上将产生电动势UH，这种物理现象称为霍尔效应。
左手 定律
把一个长度为L，宽度为b，厚度为d的导体或半导体薄片两端通以控 制电流I，在薄片的垂直方向上施加磁感强度为B的磁场，在薄片的另 外两侧将会产生一个与控制电流I和磁场强度B的乘积成比例的感应电 动势UH。
5.2 霍尔传感器
Part.3 集成霍尔传感器
集成霍尔传感器
将霍尔敏感元件、放大电路、校正电路、温度补偿电路以 及激励源（比如给霍尔敏感元件供电的恒流源）全部集成 在一片芯片上，构成集成霍尔传感器。 根据霍尔敏感材料的特性不同，可以分成两大类：
线性测量型 开关型
UH 0.3
开关型
GaAs（砷化镓） InSb（锑化铟）
不等位电势的补偿
非重点
不等位电势
当霍尔元件的激励电流为额定值IN时，若元件所处位置的磁感应强 度为零，则它的霍尔电势应该为零，但实际不为零，这时测得的空 载霍尔电势称为不等位电势。 不等位电势是由于两个霍尔电极安装时不在同一个电位面上所致。
Hale Waihona Puke 产生原因不等位电阻：不等位电势是由于霍尔电极2和2之间的电阻为不等位电阻。
工作原理
非重点
磁电感应式传感器利用导体和磁场发生相对运动时会在导 体两端输出感应电动势。 根据法拉第电磁感应定律可知：“导体在磁场中切割磁力 线”or“闭合线圈的磁通发生变化”时，在导体两端或线圈 内将产生感应电动势，电动势的大小与穿过线圈的磁通变 化率有关。 当导体在均匀磁场中，沿垂直 磁场方向运动时，导体内产生 的感应电动势为：
当达到动平衡后，二力的代数和为零
EH vB
U H vBb
对于n型半导体，电流强度I可以表示为：
I j s n e v b d
进而得到：
I v nebd
j表示电流密度（A/m2） n表示单位体积内的电子数， 负号表示电子运动方向与电流方向相反。 s表示霍尔元件的截面积（m2） d表示霍尔元件的厚度（m）
输出电路
在直流激励电流情况下，为了获得较大的霍尔电压，可将 几块霍尔元件的输出电压串联，如左图所示。 在交流激励电流情况下，几块霍尔元件的输出可通过变压 器接成如右图的形式，以增加霍尔电压或输出功率。
由温度造成的误差
非重点
霍尔元件对温度的变化很敏感，因此，霍尔元件的输入电 阻、输出电阻、乘积灵敏度等将受到温度变化的影响，从 而给测量带来较大误差。
为了减少测量中的温度误差，选用温度系数较小的霍尔元件 或采用一些恒温措施外，还可以使用一些电路温度补偿方法。
非重点
采用热敏元件 对于由温度系数较大的半导体材料制成的霍尔元件，采用 温度补偿电路，图中Rt是热敏元件（热电阻or热敏电阻）
左图在输入回路中进行温度补偿的电路，当温度变化时，用Rt的变化来抵 消霍尔元件的乘积灵敏度KH和输入电阻Ri变化对霍尔输出电势UH的影响。 右图在输出回路进行温度补偿的电路，当温度变化时，用RL的变化来抵消 霍尔输出电势UH和输出电阻Ro变化对负载电阻RL上的电压UL的影响。
霍尔灵敏系数KH
霍尔传感器的测量电路
基本测量电路
控制电流I由电压源E供给。 R是调节电阻，用以根据需求 调节I的大小。 霍尔电势输出的负载电阻RL， 可以是放大器的输入电阻或表 头的内阻等。 施加的外磁场B一般与霍尔元 件的平面垂直。 控制电流可以是交流。
由于建立霍尔效应所需的时间短， 所以控制电流的频率可高达109Hz
Part.1 原理
磁电感应式传感器
非重点
磁电感应式传感器是一种电动式传感器，也是一种典型的有 源传感器。 特点： 输出功率大 稳定可靠、结构简单、可简化二次仪表 工作时不需要外加电源，可直接将被测物体的机械能转换 为电量输出 工作频率为10~500Hz，适合做机械振动测量和转速测量。 缺点： 尺寸较大、较重 频率响应低
传感器原理与应用
第六章 磁敏传感器
分类
利用磁电感应原理的磁电感应式传感器 。
将运动速度、位移转换成线圈中的感应电动势输出。
利用某些材料的磁电效应做成的对磁场敏感的传感器（磁 敏传感器）
磁电效应主要有霍尔效应和磁阻效应 其中霍尔效应是磁电效应的基础。
磁敏二极管(SMD)
非重点
5.1 磁电感应式传感器
线性 度高
适合
线性测量 型
3
B(kG) (高斯)
线性测量型集成霍尔传感器
线性集成霍尔传感器是把霍尔元件与放大线路集成在一起的传感器。 其输出信号与磁感应强度成比例。通常由霍尔元件、差分放大、射极跟随 输出及稳压四部分组成。
第一级差分放大 稳压源 HG A 放大 放大 输出电路 GND 线性型霍尔器件示意图 Vout Vcc 第二级差分放大
达 林 顿 管
HL1.1型线性集成霍尔传感器
非重点
5.1 磁电感应式传感器
Part.2 应用
磁电感应式传感器的应用
非重点
特点：
是一种典型的惯性传感器 不需要静止的基准参考信号，可直接安装在被测物 体上 是一种典型的发电型传感器，工作时可不加电压， 直接将机械能转化为电能输出 电动式磁电传感器从根本上讲是速度传感器 磁电传感器输出阻抗低，通常为几十~几千欧姆， 对后继电路要求低，干扰小 通常用来做机械振动测量
U H K H IB cos
分析交变的电场
使用控制电压代替控制电流
1 ne
电阻率公式
R UH H d IB
RH
L R S
I
UH RH
b U H EB L
5.2 霍尔传感器
Part.2 霍尔敏感元件