磁敏传感器
磁敏传感器
2.磁敏电阻分类 是一种基于磁阻效应而制作的电阻体。它在外施磁场的 作用下(包括磁场强度及方向变化)能够改变自身的阻值。
5
6.3.1磁敏电阻
3.磁敏电阻结构与特性
LO GO
6
LO GO
6.3.1 6.3.2 6.3.3
磁敏电阻
磁敏二极管
磁敏晶体管
7
6.3.2 磁敏二极管
结构与原理
• 磁敏二极管的结构如左下图所 示。它是平面P＋-i-N＋型结构 的二极管。在高纯度半导体锗 的两端用合金法做成高掺杂P型 区和N型区。i区是高纯空间电 荷区，该区的长度远远大于载 流子扩散的长度。在i区的一个 侧面上，用扩散、研磨或扩散 杂质等方法制成高复合区r，在r 区域内载流子的复合速率较大。
9
6.3.2 磁敏二极管
主要技术特性及参数
磁敏二极管输出特性曲线
LO GO
磁敏二极管的伏安特性曲线
磁敏二极管的伏安特性曲线如图所示。当磁 感应强度B不同时，有着不同的伏安特性曲 线，线段AB为负载线。通过磁敏二极管的电 流越大，则在同一磁场作用下，输出电压越 大，灵敏度越高。在负向磁场作用下，磁敏 二极管的电阻小，电流大。在正向磁场作用 下，磁敏二极管的电阻大，电流小。
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -3 -2 -1 ΔIc/mA
一条直线。
B/0.1T 1 2 3 4 5
3BCM 磁敏三极管的磁电特性
17
再
见
c HI H+ P+
c
N+
N+ e
b
b e
12
r
(a)结构
( b)符号
6.3.3 磁敏晶体管
工作原理:
磁电磁敏式传感器课件
多功能化与智能化发展
总结词
磁电磁敏式传感器正朝着多功能化和智能化方向发展。
详细描述
多功能化是指传感器能够同时检测多种物理量，如磁场、温度、压力等。这可以通过在传感器结构中集成多个敏 感元件和信号处理电路来实现。智能化则是指传感器具备自校准、自诊断和自适应能力，能够根据环境变化进行 自动调整，提高测量精度和可靠性。
温度特性
温度稳定性
磁电磁敏式传感器在温度变化时，其 输出值的变化程度较小，具有较好的 温度稳定性。
温度补偿
为了减小温度对传感器输出的影响， 通常需要进行温度补偿，如采用热敏 电阻等元件实现温度补偿。
03
磁电磁敏式传感器的设计与 制造
设计原则
精度与灵敏度
稳定性与可靠性
设计时应考虑传感器精度和灵敏度，以确 保其能够准确、快速地响应磁场变化。
05
磁电磁敏式传感器的性能指 标与评价
灵敏度与分辨率
灵敏度
衡量传感器输出变化量与输入变化量之比， 是传感器的一项重要性能指标。磁电磁敏式 传感器的灵敏度高，能够检测微弱的磁场变 化。
分辨率
传感器能够分辨的最小输入变化量，反映传 感器的测量精度。磁电磁敏式传感器的分辨
率较高，能够准确测量磁场微小变化。
详细描述
磁电磁敏式传感器能够测量磁场的大小和方向，通过测量地球磁场或人工磁场，可以用于地质勘查、 矿产资源勘探等领域。在航空航天领域，磁力计可以用于检测和导航，而在电机控制中，它可以检测 电机的磁场强度和位置，实现精准控制。
电流测量
总结词
磁电磁敏式传感器能够非接触地测量电流，具有高精度、高灵敏度和宽测量范围的特点 。
工作原理
通过测量磁场的变化，将磁场的 变化转换为电信号，从而实现对 物理量的检测。
磁敏传感器定义与分类
工作原理 霍尔效应
工作范围 10-7〜10T
磁敏电阻效应 10-3〜1T
复合电流的磁 场调制
集电极电流或 漏极电流的磁 场调制
磁敏电阻的各 向异性
巨磁阻抗或巨 磁感应效应
威根德效应
法拉第电磁感 应效应
约瑟夫逊效应
10-6〜10T
10-6〜10T
10-3〜 10-2T 10-10〜 10-4T 10-4T 10-3〜100T 10-14〜10-8T
第二节 磁敏传感器定义与分类
三、国外磁敏传感器的现状
1．国外磁传感器的常见种类 就市场占有情况来看，国外磁敏传感器主要品种
依然是霍尔元件、磁阻元件。近期的巨磁阻元件也有 良好的发展空间。
2．外磁传感器的代表厂商： 霍尔元件：日本旭化成；日本东芝；美国 Honeywell公司；美国Allogro公司。 磁阻器件：日本SONY公司；荷兰PHILIPS公司。
第二节 磁敏传感器定义与分类
四、国内磁敏传感器的现状
1．国内磁传感器的常见种类及其特点 目前国内磁敏传感器经过三十余年的发展，就基 础器件的研究与开发情况，除巨磁电阻存有差距以外， 常用其他磁敏传感器如霍尔元件，磁阻元件等已经与 国外同类产品的水平相当。市场上应用的国产磁敏传 感器件的种类也与国外产品相当，依然是霍尔元件、 磁阻元件。
第二节 磁敏传感器定义与分类
四、国内磁敏传感器的现状
2．国内磁传感器件代表厂商 霍尔元件：中科院半导体所，沈阳仪表科学研究 院，南京中旭微电子公司。 磁阻器件：沈阳仪表科学研究院（汇博思宾尼斯 公司）
第二节 磁敏传感器定义与分类
名称 霍尔器件
半导体 磁敏电阻 磁敏二极管 磁敏晶体管 金属膜磁敏电阻器 巨磁阻抗传感器 威根德器件 磁电感应传感器 超导量子干涉器件
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
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。
磁敏传感器介绍说明
长和日臻完善的这几十年中，质量、品种、产量都急速地上升，居于包括各
种半导体磁场传感器在内的各种磁场传感器使用数量的首位，全世界对它的
需求量达10亿只/年以上。但是，许多高精度应用对它们提出了越来越高的
要求，如更高的灵敏度，更低的失调电压（Offset Voltage）
磁敏二极管的灵敏度，可比霍尔器件高上1000倍，但它的输入和输出是
4、磁敏场效应管
将MOS场效应管的漏极做成对
称分离的Dl和D2(当然也可多于两
个漏极)。未加磁场时，漏极电流
ID1=ID2=ID/2，加上垂直于芯
片表面的磁场后，由于洛仑兹力的
偏转作用，使ID1≠ID2，ID1增大
多少，ID2就减小多少，ID1-ID和
外加磁场成比例，可作为磁场的量
度。
5、磁敏晶体管
个电场力，这个电场力会拒斥继续偏转过来的载流子，直到电场力和洛仑兹力相等，
建立一种动态平衡。这时，在半导体片两侧会产生电位差，这便是霍尔效应。
霍尔器件即是根据霍尔效应原理设计的磁场敏感元件，其中CCl和CC2为电流电极，
Sl和S2叫敏感电极，在CCl和CC2间通入工作电流I，在与芯片表面垂直的方向加上磁
一:引言
磁场传感器是可以将各种磁场
及其变化的量转变成电信号输出的
装置。
自然界和人类社会生活的许多
地方都存在磁场或与磁场相关的信
息。利用人工设置的永久磁体产生
的磁场，可作为许多种信息的载体。
因此，探测、采集、存储、转换、
复现和监控各种磁场和磁场中承载
的各种信息的任务，自然就落在磁
场传感器身上。在当今的信息社会
VH=mn GBV
（2）
式中：mn—在磁场作用下的载流子迁移率，又称霍尔迁移率。在n型材料中， mn
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。
磁敏传感器
在磁敏传感器中，霍尔元件及霍尔传感器的生产量是最大的。它主要用于无 刷直流电机（霍尔电机）中，这种电机用于磁带录音机、录像机、XY 记录仪、 打印机、电唱机及仪器中的通风风扇等。另外，霍尔元件及霍尔传感器还用于测 转速、流量、流速及利用它制成高斯计、电流计、功率计等仪器。
额定控制电流 Ic 为使霍尔元件在空气中产生 10℃温升的控制电流。Ic 大小 与霍尔芯片的尺寸有关，尺寸越小，Ic 越小。一般为几 mA—几十 mA（尺寸大 的可达数百 mA）。
不等位电势（也称为非平衡电压或残留电压）Uo 和不等位电阻 Ro 霍尔元件在额定控制电流作用下，不加外磁场时，其霍尔电势电极间的电 势为不等位电势。它主要与两个电极不在同一个等位面上及其材料电阻率不均等 因素有关。可以用输出的电压表示，或用空载霍尔电压 UH 的百分数表示，一般 Uo 不大于 10mV 或±20%UH。 不等位电势与额定控制电流之比称为不等位电阻。Uo 及 Ro 越小越好。 灵敏度 kH 灵敏度是在单位磁感应强度下，通以单位控制电流所产生的霍尔电势。 寄生直流电势 UOD 在不加外磁场时，交流控制电流通过霍尔元件而在霍尔电势极间产生的直流 电势为 UOD。它主要是由电极与基片之间的非完全欧姆接触所产生的整流效应 造成的。 霍尔电势温度系数 α α 为温度每变化 1℃霍尔电势傍晚的百分率。这一参数对测量仪器十分重要。 若仪器要求精度高时，要选择 α 值小的元件，必要时还要家温度补偿电路。 电阻温度系数 β β 为温度每变化 1℃霍尔元件材料的电阻变化率（用百分比表示）。 （3）温度补偿及不等位电势补偿 温度补偿
磁敏传感器
测量外磁场的灵敏度与测定振荡的次数n的精度及φ 的大 小有关。设n可测准至一个周期的1/100，则测得最小的 变化量应为φ 0/100=2×10-15T·m2。若假设磁场在超导结
上的透入面积为L·d (L是超导结的宽度，一般为0.lmm左 右；d是磁场在介质层及其两侧超导体中透入的深度)，
则对Sn—SnO—Sn结来说，锡的穿透深度λ =500Å，亦即
按下列步骤进行：
(1)常态让磁场H穿过圆筒的中空部分。
(2)超导态筒的中空部分有磁场。
(3)超导态撤掉磁场H，圆筒的中
感生电流
空部分仍有磁场，并使磁场保持 不变。称为冻结磁通现象。
H≠0 T<TC
冻结磁通示意图
超导圆筒在超导态时，中空部分的磁通量是量子化的，
并且只能取φ 0的整数倍，而不能取任何别的值。
（一）超导磁通变换器方法
超导磁通变换器由SQUID加上两个互相连
接的线圈构成，如图所示。图中的L环是超导环 ↑
的电感，L2是与超导环相耦合的线圈电感，L1 是与外磁通相耦合，且与L2相连的线圈电感。
利用磁通变换器可
至 放同 大轴 器线
以提高测量磁场及测量
磁场梯度的灵敏度，同
时还可以完成其它一些 有关磁的测量 ，如测定 L1 物质的磁化率等。
d=2λ =1000Å。则，L·d ＝1×10-11m2，这里临界电流的
起伏周期是磁通量子φ 0,φ 0=2×10-15T·m2,对于透入面积
L·d为1×10-11m2的锡结而言，临界电流的起伏周期是：
0
Ld
2 10 15T m2 110 11 m2
2 10 4T
二、SQUID磁敏传感器的构成类型
一、磁通门式磁敏传感器的物理基础
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 -。
- 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)。
于是电流强度I可表示为
I nevbd
v I / nebd 式中 d—霍尔元件的厚度。
(9-4)
将(9-4)式代入(9-3)式，得
UH IB / ned
(9-5)
若霍尔元件采用P型半导体材料，则可推导出
UH IP / ped 式中 p—单位体积中空穴数。
(9-6)
由(9-5)式及(9-6)式可知，根据霍尔电势的正负可
还应指出，当磁感应强度B和霍尔片平面法线n
成角度θ时，如图8-2所示，此时实际作用于霍尔片的
有效磁场是其法线方向的分量，即 B cos ，则其霍尔
电势为
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
U H KH IB cos
(9-11)
由上式可知，当控制电流转向时，输出电势方向也
随之变化；磁场方向改变时亦如此。但是若电流和磁场
同时换向，则霍尔电势方向不变。
第9章 磁敏传感器
9.1 霍尔元件 磁敏传感器是基于磁电转换原理的传感器。虽然早 在1856年和1879年就发现了霍尔效应和磁阻效应，但是 作为实用的磁敏传感器则产生于半导体材料发现之后。 在20世纪60年代初，西门子公司研制成第一个实用的磁 敏元件；1966年又出现了铁磁性薄膜磁阻元件；1968年 和1971年日本索尼公司相继研制成性能优良、灵敏度高 的锗、硅磁敏二极管；在1974年美国韦冈德发明双稳态 磁性元件。
以判别材料的类型。
5
第9章 磁敏传感器
(2)霍尔系数和灵敏度
设RH 1/ ne ，则(9-5)式可写成
UH RH IB / d
(9-7)
RH称为霍尔系数，其大小反映出霍尔效应的强弱。
由电阻率公式 1/ ne ，得
RH
式中 ρ—材料的电阻率；
(9-8)
μ—载流子的迁移率，即单位电场作用下载流
18 15 22 50
灵敏度 (mV/mA·T)
≥1.2 ≥1.2 ≥1.2 ≥0.4
使用温度 （℃）
-20～45 -20～45 -20～45 -30～75
霍尔电势温度 系数（1/℃）
0.04% 0.04% 0.04% 0.04%
尺寸 (m3)
8×4×0.2 8×4×0.2 8×4×0.2 8×4×0.2
在电路中，霍尔元件常用如图9-4所示的符号表示。
图9-4 霍尔元件的符号
13
第9章 磁敏传感器
霍尔元件型号命名法如图9-5所示。
图9-5 霍尔元件型号命名法
14
第9章 磁敏传感器
霍尔元件型号及参数如表9-1所示。
表9-1 霍尔元件型号及参数
参数 型号
HZ-1 HZ-2 HZ-3 HZ-4
额定控制电 流I(mA)
1
第9章 磁敏传感器
9.1.1 霍尔元件原理、结构及特征 (1)霍尔效应 图9-1为霍尔效应原理图。在与磁场垂直的半导体 薄片上通以电流I，假设载流子为电子(N型半导体材 料)，它沿与电流I相反的方向运动。由于洛仑兹力fL的 作用，电子将向一侧偏转(如图中虚线箭头方向)，并使 该侧形成电子的积累。而另一侧形成正电荷积累，于是 元件的横向便形成了电场。该电场阻止电子继续向侧面 偏移，当电子所受到的电场力fE与洛仑兹力fL相等时， 电子的积累达到动态平衡。这时在两端面之间建立的电 场称为霍尔电场EH，相应的电势称为霍尔电势UH。
15
第9章 磁敏传感器
(4)基本电路形式 霍尔元件的基本测量电路如图9-6所示。控制电流 由电源E供给，R为调整电阻，以保证元件中得到所需 要的控制电流。霍尔输出端接负载RL，RL可以是一般电 阻，也可以是放大器输入电阻或表头内阻等。
(e)(EH )
eUH b
(9-2)
式中 EH —指电场方向与所规定的正方向相反； b—霍尔元件的宽度。
当达到动态平衡时，二力代数和为零，即 fL fE 0 ,
于是得
vB UH
(9-3)
又因为
b
j nev
式中 j—电流密度；
n—单位体积中的电子数，负号表示电子运动方
向与电流方向相反。
4
第9章 磁敏传感器
11
第9章 磁敏传感器
霍尔元件的结构比较简单，它由霍尔片、引线和壳 体组成，如图9-3所示。霍尔片是一块矩形半导体薄片。
图9-3 霍尔元件示意图
12
第9章 磁敏传感器
在短边的两个端面上焊出两根控制电流端引线(见 图9-3中1、1′)，在长边中点以点焊形式焊出两根霍尔 电势输出端引线(见图中2、2′)，焊点要求接触电阻小 (即为欧姆接触)。霍尔片一般用非磁性金属、陶瓷或环 氧树脂封装。
通常应用时，霍尔片两端加的电压为E，如果将(9-
5)式中电流I改写成电压E，可使计算方便。根据材料
电阻率公式
及1/霍ne尔片电阻表达式
R L
S
9
第9章 磁敏传感器
这里S为霍尔片横截面，S bd ，L为霍尔片的长
度，将(9-5)式代入 I E / R 经整理可改写为
UH
b L
EB
(9-12)
由(9-12)式可知，适当地选择材料迁移率(μ)及霍 尔片的宽长比(b/L)，可以改变霍尔电势UH值。
图9-2 霍尔输出与磁场角度的关系
10
第9章 磁敏传感器
(3)材料及结构特点 霍尔片一般采用N型锗(Ge)、锑化铟(InSb)和砷 化铟(InAs)等半导体材料制成。锑化铟元件的霍尔输出 电势较大，但受温度的影响也大；锗元件的输出虽小， 但它的温度性能和线性度却比较好；砷化铟与锑化铟元 件比较，前者输出电势小，受温度影响小，线性度较 好。因此，采用砷化铟材料作为霍尔元件受到普遍重 视。
2
第9章 磁敏传感器
设电子以相同的速度v 按图示方向运动，在磁感 应强度B的磁场作用下，并 设其正电荷所受洛仑兹力 方向为正，则电子受到的 洛仑兹力可用下式表示
fL=-evB
(9-1)
式中 e—电子电量。
图9-1 霍尔效应原理图
3
第9章 磁敏传感器
与此同时，霍尔电场作用于电子的力 fE可表示为
fE
子的运动速度。
一般电子的迁移率大于空穴的迁移率，因此制作霍
尔元件时多采用N型半导体材料。
6
第9章 磁敏传感器
若设
KH RH / d 1 / ned
(9-9)
将上式代入(9-7)式，则有
UH KH IB
(9-10)
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，其单位
是 mV / mAT。
7
第9章 磁敏传感器
由(9-9)式说明： ①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，因此不适宜制作霍尔元件； ②元件的厚度d越小，灵敏度越高，因而制作霍尔 片时可采取减小d的方法增加灵敏度，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。
8
第9章 磁敏传感器