磁电式传感器 ppt课件
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传感器原理及其应用 第6章 磁电式传感器
材料(单晶) N型锗(Ge) N型硅(Si) 锑化铟(InSb)
1/ 2
4000 1840 4200
砷化铟(InAs)
磷砷铟(InAsP) 砷化镓(GaAs)
0.36
0.63 1.47
0.0035
0.08 0.2
25000
10500 8500
100
850 1700
1530
3000 3800
哪种材料制作的霍尔元件灵敏度高
1、8—圆形弹簧片；2—圆环形阻尼器；3—永久磁铁；4—铝架； 5—心轴；6—工作线圈；7—壳体；9—引线 工作频率 固有频率 灵敏度 10～500 Hz 12 Hz 最大可测加速度 5g 可测振幅范围 精度 ≤10％ 45mm×160 mm 0.7 kg
0.1～1000 m 外形尺寸 1.9 k 质量
d E N dt
武汉理工大学机电工程学院
第6章 磁电式传感器
磁通量的变化可以通过很多办法来实现，如磁铁与线圈之间作 相对运动；磁路中磁阻的变化；恒定磁场中线圈面积的变化等， 一般可将磁电感应式传感器分为恒磁通式和变磁通式两类。 6.1.1 恒磁通式磁电感应传感器结构与工作原理 恒磁通式磁电感应传感器结构中，工作气隙中的磁通恒定，感 应电动势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割 磁力线而产生。这类结构有动圈式和动铁式两种，如图所示。
武汉理工大学机电工程学院
第6章 磁电式传感器 磁铁与线圈相对运动使线圈切割磁力线，产生与运动速度dx/dt 成正比的感应电动势E，其大小为
dx E NBl dt
式中：N为线圈在工作气隙磁场中的匝数；B为工作气隙磁感应 强度；l为每匝线圈平均长度。 当传感器结构参数确定后，N、B和l均为恒定值，E与dx/dt成正 比，根据感应电动势E的大小就可以知道被测速度的大小。 由理论推导可得，当振动频率低于传感器的固有频率时，这种传 感器的灵敏度(E/v)是随振动频率而变化的；当振动频率远大于 固有频率时，传感器的灵敏度基本上不随振动频率而变化，而近 似为常数；当振动频率更高时，线圈阻抗增大，传感器灵敏度随 振动频率增加而下降。 不同结构的恒磁通磁电感应式传感器的频率响应特性是有差异的， 但一般频响范围为几十赫至几百赫。低的可到10 Hz左右，高的可 达2 kHz左右。
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。
磁电式速度传感器课件
VS
集成化
集成化是未来传感器的一个重要发展趋势 ，通过将多个传感器元件集成在一个芯片 上，实现传感器的小型化、轻量化、低功 耗等特点，提高传感器的应用范围和性能 。
在新兴领域的应用前景
新能源汽车
随着新能源汽车的快速发展，磁电式速度传 感器在新能源汽车中的应用前景广阔，如用 于电机转速的检测、车辆速度的检测等。
机械结构设计
总结词
机械结构设计是磁电式速度传感器制造中的重要环节，它决定了传感器的精度、稳定性和使用寿命。
详细描述
在机械结构设计中，需要考虑到传感器的尺寸、重量、安装方式等因素，以确保传感器在实际应用中 的可靠性和稳定性。同时，还需要对传感器的材料、热处理等进行优化，以提高其机械性能和耐久性 。
磁路设计
智能交通
智能交通系统是未来交通发展的重要方向， 磁电式速度传感器可以用于智能交通系统中 的车辆速度检测、交通流量统计等方面，提 高交通管理的智能化水平。
THANKS
感谢观看
新型绝缘材料
绝缘材料在磁电式速度传感器的制造 中起着重要作用，新型绝缘材料如氮 化硅、碳化硅等具有高绝缘性、低介 电损耗等特点，能够提高传感器的绝 缘性能和稳定性。
智能化与集成化的发展趋势
智能化
随着人工智能和物联网技术的发展，磁 电式速度传感器将逐渐实现智能化，具 备自适应、自学习、自诊断等功能，提 高传感器的工作效率和可靠性。
应用领域
汽车领域
用于发动机转速、车速、ABS 系统等速度检测。
航空领域
用于飞机轮速、滑行速度等速 度检测。
工业自动化领域
用于电机转速、机械传动速度 等速度检测。
其他领域
如医疗器械、环保设备等需要 进行速度检测的领域。
磁电式传感器
➢如果是P型半导体，载流子是空穴，若空穴浓度为p，同理 可得UH＝IB/ped。
➢因RH＝ρμ（其中ρ为材料电阻率；μ为载流子迁移率， μ=v/E，即单位电场强度作用下载流子的平均速度），一 般电子迁移率大于空穴迁移率，因此霍尔元件多用N型半 导体材料。
➢霍尔元件越薄（即d越小），kH就越大，所以通常霍尔元 件都较薄。薄膜霍尔元件厚度只有1μm左右。
一般频响范围：10Hz~2kHz。
（二）变磁通式
又称为变磁阻磁电感应式传感器，常用来测量旋转物体的 角速度。结构原理如下图。
1、开磁路变磁通式
工作原理：线圈3和磁铁5静止不动，测量齿轮2（导磁材 料制成）安装在被测旋转体1上，随之一起转动，每转过一 个齿，它与软铁4之间构成的磁路磁阻变化一次，磁通也就 变化一次，线圈3中产生的感应电动势的变化频率等于测量 齿轮2上齿轮的齿数和转速的乘积。
（三）磁电感应式扭矩仪（变磁通式）
1、结构组成：
转子（包括线圈）固定在传感器轴上，定子（永久磁铁） 固定在传感器外壳上。转子、定子上都有一一对应的齿和 槽。
2、测量原理：
➢测量扭矩时，需用两个传感器，将它们的转轴（包括线圈 和转子）分别固定在被测轴的两端，它们的外壳固定不动。
➢安装时，一个传感器的定子齿与其转子齿相对，另一个传 感器的定子槽与其转子齿相对。
定义：通过磁电作用将被测量（如振动、位移、转 速）转换成电信号的一种传感器。
分类： 磁电感应式传感器； 霍尔式传感器； 磁栅式传感器。
第一节 磁电感应式传感器
▪ 磁电感应式传感器简称感应式传感器，也称为电动 式传感器。它是利用导体和磁场发生相对运动而在 导体两端输出感应电动势的。它是一种机-电能量 变换型传感器。
在这种结构中，也可以用齿轮代替椭圆形测量轮2，软铁 （极掌）4制成内齿轮形式，这时输出信号频率为f=nZ/60， 其中Z为测量齿轮的齿数。
➢因RH＝ρμ（其中ρ为材料电阻率；μ为载流子迁移率， μ=v/E，即单位电场强度作用下载流子的平均速度），一 般电子迁移率大于空穴迁移率，因此霍尔元件多用N型半 导体材料。
➢霍尔元件越薄（即d越小），kH就越大，所以通常霍尔元 件都较薄。薄膜霍尔元件厚度只有1μm左右。
一般频响范围：10Hz~2kHz。
（二）变磁通式
又称为变磁阻磁电感应式传感器，常用来测量旋转物体的 角速度。结构原理如下图。
1、开磁路变磁通式
工作原理：线圈3和磁铁5静止不动，测量齿轮2（导磁材 料制成）安装在被测旋转体1上，随之一起转动，每转过一 个齿，它与软铁4之间构成的磁路磁阻变化一次，磁通也就 变化一次，线圈3中产生的感应电动势的变化频率等于测量 齿轮2上齿轮的齿数和转速的乘积。
（三）磁电感应式扭矩仪（变磁通式）
1、结构组成：
转子（包括线圈）固定在传感器轴上，定子（永久磁铁） 固定在传感器外壳上。转子、定子上都有一一对应的齿和 槽。
2、测量原理：
➢测量扭矩时，需用两个传感器，将它们的转轴（包括线圈 和转子）分别固定在被测轴的两端，它们的外壳固定不动。
➢安装时，一个传感器的定子齿与其转子齿相对，另一个传 感器的定子槽与其转子齿相对。
定义：通过磁电作用将被测量（如振动、位移、转 速）转换成电信号的一种传感器。
分类： 磁电感应式传感器； 霍尔式传感器； 磁栅式传感器。
第一节 磁电感应式传感器
▪ 磁电感应式传感器简称感应式传感器，也称为电动 式传感器。它是利用导体和磁场发生相对运动而在 导体两端输出感应电动势的。它是一种机-电能量 变换型传感器。
在这种结构中，也可以用齿轮代替椭圆形测量轮2，软铁 （极掌）4制成内齿轮形式，这时输出信号频率为f=nZ/60， 其中Z为测量齿轮的齿数。
(第6章)磁电式传感器
6.2.2 霍尔元件的应用
1．霍尔式微量位移的测量 ．
由霍尔效应可知，当控制电流恒定时， 由霍尔效应可知，当控制电流恒定时， 霍尔电压U与磁感应强度B成正比，若磁感 成正比， 的函数， 应强度B是位置x的函数，即 UH=kx 13） （6-13） 式中： ——位移传感器灵敏度 位移传感器灵敏度。 式中：ｋ——位移传感器灵敏度。
测量转速时，传感器的转轴1 测量转速时，传感器的转轴1与被测物 体转轴相连接，因而带动转子2转动。 体转轴相连接，因而带动转子2转动。当转 的齿与定子5的齿相对时，气隙最小， 子2的齿与定子5的齿相对时，气隙最小， 磁路系统中的磁通最大。而磁与槽相对时， 磁路系统中的磁通最大。而磁与槽相对时， 气隙最大，磁通最小。因此当转子2转动时， 气隙最大，磁通最小。因此当转子2转动时， 磁通就周期性地变化，从而在线圈3 磁通就周期性地变化，从而在线圈3中感应 出近似正弦波的电压信号， 出近似正弦波的电压信号，其频率与转速 成正比例关系。 成正比例关系。
2．霍尔元件基本结构 ．
霍尔元件的外形结构图，它由霍尔片、 霍尔元件的外形结构图，它由霍尔片、 根引线和壳体组成， 4根引线和壳体组成，激励电极通常用红色 而霍尔电极通常用绿色或黄色线表示。 线，而霍尔电极通常用绿色或黄色线表示。
图6-8阻 ）
I v= nebd
得
IB EH = nebd
IB UH = ned
式中： 称之为霍尔常数， 式中：令RH=1/ne，称之为霍尔常数， 其大小取决于导体载流子密度， 其大小取决于导体载流子密度，则
RH IB = K H IB UH = d
（6-12） 12）
称为霍尔片的灵敏度。 式中： 式中：KH=RH/d称为霍尔片的灵敏度。
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34
2. 工作原理
空穴
电子
磁场H = 0：
（a）
P
→ →→
i
←←←
N 电流
少量电子和空穴
在
复合区 H=0
I 区、r区复合
（b） P
i
H+
N 电流
正向磁场 H+ ： 电子和空穴偏向 r 区， 电流因复合增大而减小
（c）
P
i
H-
N 电流
反向磁场 H- ： 电子和空穴偏向 I 区， 电流因复合减少而增大
这种传感器工作磁场恒定，线圈和磁铁两者间 产生相对运动，切割磁场线而产生感应电势。
动圈式
动铁式
4
恒磁通式磁电传感器的结构原理图
e WBLvsin
e WBLvsin
e WBAsint
5
（二）变磁通式磁电式传感器（磁阻式）
线圈和磁铁部分都是静止的，与被测物连 接而运动的部分是用导磁材料制成的，在运动 中，它们改变磁路的磁阻，因而改变贯穿线圈 的磁通量，在线圈中产生感应电动势。
1 Vcc
霍尔元件 放大
稳压
整形 输出 3 VT
结构： 稳压器、霍尔片、 差分放大器，施 密特触发器和输
地 2 出级等部分组成。
24
1 Vcc
霍尔元件 放大
稳压
整形 输出 3 VT
工作原理：
有磁场：UH >开启阈值，
高电平，VT导通 开状态
磁场减弱：UH <断开阈值，
地 2 低电平，VT截止 关状态
45
谢谢！
46
2. 已知某霍尔元件尺寸为长L=10mm，宽 b=3.5mm，厚d=1mm。沿L方向通以电流 I=1.0mA，在垂直于L×b方向上加均匀磁场 B=0.3T，输出霍尔电势UH=6.55mV。求该霍尔 元件的灵敏度系数KH和载流子浓度n是多少？
磁电感应式传感器PPT课件
1.被测旋转体 2.测量轮 3.线圈
4.软铁
5.永久磁铁 开磁路变磁通式传感器结构示意图
它与软铁4之间构成的磁路磁阻变化一次，磁通也就 变化一次，线圈3中产生的感应电动势的变化频率等 于测量齿轮2上齿轮的齿数和转速的乘积。
这种传感器结构简单，但需在被测对象上加装齿轮，
使用不方便，且因高速轴上加装齿轮会带来不平衡而
上述工作原理可知，磁电感应式传感器只适用于
动态测量。
.
5
5.2 磁电感应式传感器的类型
按磁场方式分类，磁电感应式传感器分为变磁通式 和恒定磁通式两大类，每类还有不同型式。
1.变磁通式
变磁通式传感器又称为变磁阻磁电感应式传感器或
变气隙磁电感应式传感器。这类传感器的线圈和磁
铁固定，利用铁磁性物质制成齿轮（或凸轮）与被
不宜测高转速。
.
7
（2）闭磁路变磁通式传感器
如测图量，轮被2在测磁旋场转气体隙1带中动等速椭圆转形动，1.被测物体 使气隙平均长度周期性地变化，
2.测量轮 3.线圈
因而磁路磁阻也周期性地变化，
4.软铁
磁通同样周期性地变化，则在线
圈3中产生感应电动势，其频率f
与测量轮2的转速n（rad/m）成
N
S
正比，即f=n/30。在这种结构中，
e N d dt
.
3
当线圈垂直于磁场方向运动以速度 v切割磁力线时，
感应电动势为： eNBlv
式中，l：每匝线圈的平均长度；
B：线圈所在磁场的磁感应强度（T）。
若线圈以角速度 转动，则感生电动势可写为：
eNBS
式中，S：每匝线圈的平均截面积。
.
4
只要磁通量发生变化，就有感应电动势产生，可 实现的方法很多，主要有：
第5章 磁电式传感器 3
26
3、磁电式测扭矩传感器 ■扭矩
扭矩是使物体发生转动的力 扭矩是指旋转装置旋转时，所需要的力矩，单位是牛顿· 米。 （旋转装置旋转时，正常工作范围内可以加载的最小力矩）
发动机的扭矩就是指发动机从曲轴端输出的力矩 扭矩是汽车发动机的主要技术指标之一，它反映在汽车性能上， 包括加速度、爬坡以及悬挂能力等。 它的定义是：活塞在汽缸里的往复运动，往复一次做用一定的功， 它的单位是牛顿；在每个单位距离所做的功就是扭矩。 扭矩是衡量一个汽车发动机好坏的重要标准，一辆车扭矩的大小与 发动机的功率成正比。 在排量相同的情况下，扭矩越大说明发动机越好。
当传感器线圈相对运动的速度 和方向改变时，由 i 产生的附 加磁场的作用也随之改变 ， 从而使传感器的输出有谐波失 真。线圈中的电流越大，这种 非线性就越严重。
v Φ N
i
Φi
e
S
采用补偿线圈，可使其产生的 传感器线圈电流 i 的磁场效应 交变磁通与线圈本身产生的交 变磁通相互抵消。 气隙磁场不均匀也是造成传感器非线性误差的原因之一。
磁电式传感器是通过磁电作用将被测量（如振动、位移、转速） 转换成电信号的一种传感器。
磁电式传感器不需要辅助电源，就可把被测对象的机械能转换成 有用的电信号，是一种无源传感器。也称为电动式传感器。 本章介绍磁电式传感器有：
●磁电感应式传感器
●霍尔式传感器
3
第一节 磁电感应式传感器
一、工作原理及结构
二、磁电感应式传感器的误差分析 三、磁电感应式传感器的应用
ld
N
永久磁铁
v
弹簧
支架 线圈 软铁 磁路
式中： B 工作气隙磁感应强度 l 每匝线圈的平均长度 v 线圈相对于磁场的运动速度 W 线圈处于工作气隙磁场中的线圈匝数，工作匝数
3、磁电式测扭矩传感器 ■扭矩
扭矩是使物体发生转动的力 扭矩是指旋转装置旋转时，所需要的力矩，单位是牛顿· 米。 （旋转装置旋转时，正常工作范围内可以加载的最小力矩）
发动机的扭矩就是指发动机从曲轴端输出的力矩 扭矩是汽车发动机的主要技术指标之一，它反映在汽车性能上， 包括加速度、爬坡以及悬挂能力等。 它的定义是：活塞在汽缸里的往复运动，往复一次做用一定的功， 它的单位是牛顿；在每个单位距离所做的功就是扭矩。 扭矩是衡量一个汽车发动机好坏的重要标准，一辆车扭矩的大小与 发动机的功率成正比。 在排量相同的情况下，扭矩越大说明发动机越好。
当传感器线圈相对运动的速度 和方向改变时，由 i 产生的附 加磁场的作用也随之改变 ， 从而使传感器的输出有谐波失 真。线圈中的电流越大，这种 非线性就越严重。
v Φ N
i
Φi
e
S
采用补偿线圈，可使其产生的 传感器线圈电流 i 的磁场效应 交变磁通与线圈本身产生的交 变磁通相互抵消。 气隙磁场不均匀也是造成传感器非线性误差的原因之一。
磁电式传感器是通过磁电作用将被测量（如振动、位移、转速） 转换成电信号的一种传感器。
磁电式传感器不需要辅助电源，就可把被测对象的机械能转换成 有用的电信号，是一种无源传感器。也称为电动式传感器。 本章介绍磁电式传感器有：
●磁电感应式传感器
●霍尔式传感器
3
第一节 磁电感应式传感器
一、工作原理及结构
二、磁电感应式传感器的误差分析 三、磁电感应式传感器的应用
ld
N
永久磁铁
v
弹簧
支架 线圈 软铁 磁路
式中： B 工作气隙磁感应强度 l 每匝线圈的平均长度 v 线圈相对于磁场的运动速度 W 线圈处于工作气隙磁场中的线圈匝数，工作匝数
第8章磁电式传感器
检缺口
检齿
第 8章
8.2
磁电式传感器
霍尔式传感器
8.2.4 霍尔传感器的应用 霍尔传感器位移测量原理
第 8章
8.2
磁电式传感器
霍尔式传感器
8.2.4 霍尔传感器的应用
第 8章
磁电式传感器
8.2 霍尔式传感器 8.2.4 霍尔传感器的应用 霍尔压力传感器结构原理
测转角： 测转角：
电流传感器
当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场， 当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场， 磁场大小与流过导线的电流大小成正比， 磁场大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场 可以通过软磁材料来聚集， 可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检 测。
铁磁材料裂纹检测
N
S
案例：汽车速度测量 案例：汽车速度测量:
第 8章
磁电式传感器
8.3 磁敏传感器 8.3.1 磁敏电阻器 磁阻效应： 载流导体置于磁场中, 磁阻效应 ： 载流导体置于磁场中 , 除了产生霍尔 效应外,导体中载流子因受洛仑兹力作用要发生偏转, 效应外,导体中载流子因受洛仑兹力作用要发生偏转, 载流子运动方向偏转使电流路径变化, 载流子运动方向偏转使电流路径变化,起到了加大电 阻的作用,磁场越强增大电阻的作用越强。 阻的作用,磁场越强增大电阻的作用越强。 外加磁场使导体(半导体) 外加磁场使导体(半导体)电阻随磁场增加而增大 的现象称磁阻效应 磁阻效应。 的现象称磁阻效应。
霍尔常数（ 式中 RH——霍尔常数（m3C-1） 霍尔常数 I——控制电流（A） 控制电流（ ） 控制电流 B——磁感应强度（T） 磁感应强度（ ） 磁感应强度 d——霍尔元件的厚度（m） 霍尔元件的厚度（ ） 霍尔元件的厚度 令 KH=RH/d（VA-1Wb-1m2） （
磁电式传感器
洛伦兹力FB为
FB evB
v —半导体电子运动的速度；
e —电子的电荷量。
霍尔电场产生的电场力FH为
FH
eE H
eU H w
电流密度 j n,env 是单位体积中的载流子数。则流经 载流体的电流
I jwd nevwd
将电子速度 v 代I 入式（7-20）, 则霍IB ned
由上可见：当传感器的结构确定后，B.S、W、 均l为定值，
因此，感应电势e与相对速度 （或 v）成正比。
根据上述基本原理，磁电式传感器可分为两种基本 类型 : 变磁通式；恒定磁通式。
1. 变磁通式
永久磁铁与线圈均不动, 感应电势是由变化的磁通产生的。 如图7-1所示的转速传感器。
●结构特点:
永久磁铁、线圈和外壳均固定不 动，齿轮安装在被测旋转体轴上。当 齿轮转动时，齿轮与软铁磁轭之间的 气隙距离随之变化，从而导致气隙磁 阻和穿过气隙的主磁通发生变化。
一、工作原理:
根据电磁感应定律, 线圈两端的感应电势e正比于 匝链线圈的磁通的变化率, 即
e W d
dt
Φ—匝链线圈的磁通；W—线圈匝数。
★若线圈在恒定磁场中作直线运动并切割磁力线 时, 则线圈两端产生的感应电势e为
e WBl dx sin WBlvsin
dt
B—磁场的磁感应强度；x—线圈与磁场相对运动的位移； v—线圈与磁场相对 运动的速度；θ—线圈运动方向与磁场方向之间的夹角； W—线圈的有效匝 数； l—每匝线圈的平均长度。
霍尔转速表的其他安装方法 霍尔元件
磁铁
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 尔电势的变化, 产生转速信号。
霍尔式无触点汽车电子点火装置
磁敏式传感器 ppt课件
第7章
磁敏式传感器
1
主要内容
7.1 磁电感应式传感器 7.2 霍尔式传感器
2
3
7.1 磁电感应式传感器
磁电感应式传感器又称感应式或电动式传感器， 是利用电磁 感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种 传感器
它不需要辅助电源， 就能把被测对象的机械量转换成易于测量 的电信号，是一种有源传感器
7
变磁通式磁电传感器（用于角速度测量）
43 2 1 NS
31 7
A 6
A
5
5
6
(a)
(b)
主要靠改变磁路的磁通大小进行测量，即改变磁路的磁阻
8
图（a）为开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动， 测量 齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿， 齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次， 线圈中 产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的 乘积。
传感器线圈产生感应电动势，接上负载后，线圈中有电流流过 而发热。
12
测量误差
当传感器的工作温度发生变化或受到外 界磁场干扰、受到机械振动或冲击时， 其灵敏度将发生变化，从而产生测量误 差，其相对误差为：
dSI dBdLdR
SI B L R
SI
I0 v
NBL RRf
即其测量误差来源于B、L、R三个方面
10
7.1.2
当测量电路接入磁电传感器电路时，磁电传感器的输出电
流Io为：
I0
E RRf
NBLv RRf
式中： Rf——测量电路输入电阻； R——线圈等效电阻。
I0
传E
感
器R
指示器
Rf
传感器的电流灵敏度为
磁敏式传感器
1
主要内容
7.1 磁电感应式传感器 7.2 霍尔式传感器
2
3
7.1 磁电感应式传感器
磁电感应式传感器又称感应式或电动式传感器， 是利用电磁 感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种 传感器
它不需要辅助电源， 就能把被测对象的机械量转换成易于测量 的电信号，是一种有源传感器
7
变磁通式磁电传感器（用于角速度测量）
43 2 1 NS
31 7
A 6
A
5
5
6
(a)
(b)
主要靠改变磁路的磁通大小进行测量，即改变磁路的磁阻
8
图（a）为开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动， 测量 齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿， 齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次， 线圈中 产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的 乘积。
传感器线圈产生感应电动势，接上负载后，线圈中有电流流过 而发热。
12
测量误差
当传感器的工作温度发生变化或受到外 界磁场干扰、受到机械振动或冲击时， 其灵敏度将发生变化，从而产生测量误 差，其相对误差为：
dSI dBdLdR
SI B L R
SI
I0 v
NBL RRf
即其测量误差来源于B、L、R三个方面
10
7.1.2
当测量电路接入磁电传感器电路时，磁电传感器的输出电
流Io为：
I0
E RRf
NBLv RRf
式中： Rf——测量电路输入电阻； R——线圈等效电阻。
I0
传E
感
器R
指示器
Rf
传感器的电流灵敏度为
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n=60(N/a)/T=60N/(aT) （转/分）
13.04.2020
19
思考题 (1):
如何在系统安装上，提高转速测量的分辨力？
① 当被测体的振动频率ω低于传感器的
固有频率ω0，即ω/ ω0<1时，传感 器的灵敏度随频率而明显地变化。
② 当被测体的振动频率ω远高于传感器 的固有频率ω0时，一般取ω/ ω0>3， 灵敏度接近为一常数，传感器输出电 压与振动速度成正比，这一频段即传 感器的工作频段，或称作频响范围， 这时传感器可看作一个理想的速度传 感器。
13.04.2020
3
磁电式传感器 Magnetoelectric sensor
主要内容
1. 基本原理与结构型式 2. 磁电式传感器的动态特性 3. 磁电式传感器的误差与补偿 4. 磁电式传感器的应用 5. 霍尔传感器 6. 其他磁敏传感器
13.04.2020
4
5.1 基本原理与结构型式
1. 基本原理：
2. 磁电式力发生器与激振器
磁电式传感器具有双向转换特性。如果给速 度传感器的线圈输入电量，那么其输出为机 械量。（见图5-12）
磁电式激振器特点：（与压电激振器比较） ① 振动幅度大 ② 振动频率较低
13.04.2020
16
应用实例：
现有非导磁圆盘如图所示，想用磁电式传感器测量 该圆盘的平均转速，问： (1)如何安装、设计磁电式传感器测量转速系统？ (2)画出传感器输出电压波形。 (3)画出测量系统电路功能框图。 (4)写出平均转速的计算公式。 ？思考题： (1)如何在系统安装上，提高转速测量的分辨力？ (2)如何从设计原理上提高测量精度？
③ 零位及性能稳定。
④ 工作频带10～1000Hz。
⑤ 具有双向转换功能，可构成力（矩）发生 器和电磁激振器。 应用实例
13.04.2020
11
5.3 磁电式传感器的误差及补偿 Error and compensation
1. 非线性误差
2. 温度误差
3. 永久磁铁的稳定性
13.04.2020
12
③ 当频率更高时，灵敏度随频率的增加 而下降。
一般惯性式传感器固有频率ω0=10Hz，较好的可做
到ω0=4.5Hz。上限频率为200Hz～1000Hz。
13.04.2020
10
磁电式传感器的特点：
① 被测对象： 动态被测量，如速度，加速度、振动
② 输出信号： 电压信号输出，且输出功率大，故配用电路 较简单。
n
13.04.2020
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答案示例： (1)磁电传感器测转速系统安装图：
磁片
传感器
n
(2)传感器输出电压u的波形：
u
0
13.04.2020
一个转动周期
t
18
(3)测量系统电路框图：
被测对象 磁电传感器 信号调理电路 计数器
(4)转速测量方法： 在设定时间T（秒）内，对传感器输出正脉
冲或负脉冲个数进行计数N，设转动平台上安 装a个磁片，则待测平均转速n（转/分）：
电磁感应定律：
当W匝线圈在恒磁场内运动时，设穿过 线圈的磁通为φ，则线圈内的感应电势e与磁 通变化率dφ/dt有如下关系：
感应电动势e ：Wd
dt
W线圈匝数；磁通量
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5ห้องสมุดไป่ตู้
5.1 基本原理与结构型式
影 响 感 应 电 动 势e W 磁ddt 阻的式因 素: 磁通变化率与磁场强
①W 匝 数 。 通 常 不 变 化
1. 非线性误差 Nonlinearity error
产生误差的主要原因及其补偿措施：
① 由于传感器线圈电流变化产生的附加磁通 叠加于永久磁铁产上的气隙磁通上，使恒 定的气隙磁通变化。（见图5-6） 措施：加补偿线圈（见图5-2(a)）
② 气隙磁场不均匀。 措施：加反向磁片（见图5-7）
13.04.2020
2. 结构型式：变磁通式和恒磁通式
（1）变磁通式(变磁阻式)：旋转型和平移型
e=-ωAWBcos(2ω)t
13.04.2020
7
5.1 基本原理与结构型式
（2）恒磁通式：动圈式和动铁式
e=Bl v
13.04.2020
8
5.2 磁电式传感器的动态特性
可以把图5-2所示的测振传感器等效
为一个集中参数“m-k-c”的二阶系
②dΦ dt
磁 场 强 度B
线路磁阻
线 圈 运 动 速 度
测频数
度、磁阻、线圈运动 速度有关，改变其中 一个因素，都会改变 感应电动势。
测转速
因此磁电式传感器的分类： 线速度型
动圈式
恒磁通式
角速度型
磁电式
动铁式
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变磁通式 （测变偏磁心阻式）
测振动
6
5.1 基本原理与结构型式
13
2. 温度误差 Temperature error
温度的变化将导致线圈匝长以及导线电 阻率的变化，磁阻的变化以及磁导率的 变化等。
▪ 措施：热磁温度补偿（见图5-8）
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14
3. 永久磁铁的稳定性 Stablity of permanent magnet
当测量电路的输入电阻Rf＞＞R时，永久磁铁的稳定 性将成为误差的决定因素。因为永久磁铁的磁通量密 度的稳定性直接影响工作气隙中磁通量密度的稳定性。
统，如图5-3。
惯性式传感器：
➢ 测量物体振动时，传感器壳体与振动体刚性固 连，随被测体一起振动。
➢ 质量块质量m较大，弹簧弹性系数k较小，被测
体振动频率足够高。
➢ 振动能量几乎全被弹簧吸收，弹簧的变形量接 近等于被测体的振幅。
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5.2 磁电式传感器的动态特性
惯性式磁电传感器测振动特性：
第五章
磁电式传感器
Magnetoelectric sensor
13.04.2020
1
应用实例：
13.04.2020
2
磁电式传感器 Magnetoelectric sensor
磁电式传感器利用电 磁感应原理，将输入 运动速度变换成感应 电势输出的传感器。 有时也称作电动式或 感应式传感器。
不需辅助电源，是一种能量转换型传感 器、有源传感器。
几种稳磁处理措施：
① 时间稳定性
交流强制退磁，“小电流老化”或叫做去“虚 磁”。
② 温度稳定性
高低温时效稳磁处理。
③ 外磁场作用下的稳定性
“人工老化”或采取屏蔽措施。
④ 机械振动作用下的稳定性
13.04.20冲20 击、振动试验
15
5.4 磁电式传感器的应用
1. 测振传感器
（1）动铁式振动传感器（见图5-10） （2）动圈式振动速度传感器（见图5-11）
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思考题 (1):
如何在系统安装上，提高转速测量的分辨力？
① 当被测体的振动频率ω低于传感器的
固有频率ω0，即ω/ ω0<1时，传感 器的灵敏度随频率而明显地变化。
② 当被测体的振动频率ω远高于传感器 的固有频率ω0时，一般取ω/ ω0>3， 灵敏度接近为一常数，传感器输出电 压与振动速度成正比，这一频段即传 感器的工作频段，或称作频响范围， 这时传感器可看作一个理想的速度传 感器。
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磁电式传感器 Magnetoelectric sensor
主要内容
1. 基本原理与结构型式 2. 磁电式传感器的动态特性 3. 磁电式传感器的误差与补偿 4. 磁电式传感器的应用 5. 霍尔传感器 6. 其他磁敏传感器
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5.1 基本原理与结构型式
1. 基本原理：
2. 磁电式力发生器与激振器
磁电式传感器具有双向转换特性。如果给速 度传感器的线圈输入电量，那么其输出为机 械量。（见图5-12）
磁电式激振器特点：（与压电激振器比较） ① 振动幅度大 ② 振动频率较低
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应用实例：
现有非导磁圆盘如图所示，想用磁电式传感器测量 该圆盘的平均转速，问： (1)如何安装、设计磁电式传感器测量转速系统？ (2)画出传感器输出电压波形。 (3)画出测量系统电路功能框图。 (4)写出平均转速的计算公式。 ？思考题： (1)如何在系统安装上，提高转速测量的分辨力？ (2)如何从设计原理上提高测量精度？
③ 零位及性能稳定。
④ 工作频带10～1000Hz。
⑤ 具有双向转换功能，可构成力（矩）发生 器和电磁激振器。 应用实例
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5.3 磁电式传感器的误差及补偿 Error and compensation
1. 非线性误差
2. 温度误差
3. 永久磁铁的稳定性
13.04.2020
12
③ 当频率更高时，灵敏度随频率的增加 而下降。
一般惯性式传感器固有频率ω0=10Hz，较好的可做
到ω0=4.5Hz。上限频率为200Hz～1000Hz。
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磁电式传感器的特点：
① 被测对象： 动态被测量，如速度，加速度、振动
② 输出信号： 电压信号输出，且输出功率大，故配用电路 较简单。
n
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答案示例： (1)磁电传感器测转速系统安装图：
磁片
传感器
n
(2)传感器输出电压u的波形：
u
0
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一个转动周期
t
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(3)测量系统电路框图：
被测对象 磁电传感器 信号调理电路 计数器
(4)转速测量方法： 在设定时间T（秒）内，对传感器输出正脉
冲或负脉冲个数进行计数N，设转动平台上安 装a个磁片，则待测平均转速n（转/分）：
电磁感应定律：
当W匝线圈在恒磁场内运动时，设穿过 线圈的磁通为φ，则线圈内的感应电势e与磁 通变化率dφ/dt有如下关系：
感应电动势e ：Wd
dt
W线圈匝数；磁通量
13.04.2020
5ห้องสมุดไป่ตู้
5.1 基本原理与结构型式
影 响 感 应 电 动 势e W 磁ddt 阻的式因 素: 磁通变化率与磁场强
①W 匝 数 。 通 常 不 变 化
1. 非线性误差 Nonlinearity error
产生误差的主要原因及其补偿措施：
① 由于传感器线圈电流变化产生的附加磁通 叠加于永久磁铁产上的气隙磁通上，使恒 定的气隙磁通变化。（见图5-6） 措施：加补偿线圈（见图5-2(a)）
② 气隙磁场不均匀。 措施：加反向磁片（见图5-7）
13.04.2020
2. 结构型式：变磁通式和恒磁通式
（1）变磁通式(变磁阻式)：旋转型和平移型
e=-ωAWBcos(2ω)t
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5.1 基本原理与结构型式
（2）恒磁通式：动圈式和动铁式
e=Bl v
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5.2 磁电式传感器的动态特性
可以把图5-2所示的测振传感器等效
为一个集中参数“m-k-c”的二阶系
②dΦ dt
磁 场 强 度B
线路磁阻
线 圈 运 动 速 度
测频数
度、磁阻、线圈运动 速度有关，改变其中 一个因素，都会改变 感应电动势。
测转速
因此磁电式传感器的分类： 线速度型
动圈式
恒磁通式
角速度型
磁电式
动铁式
13.04.2020
变磁通式 （测变偏磁心阻式）
测振动
6
5.1 基本原理与结构型式
13
2. 温度误差 Temperature error
温度的变化将导致线圈匝长以及导线电 阻率的变化，磁阻的变化以及磁导率的 变化等。
▪ 措施：热磁温度补偿（见图5-8）
13.04.2020
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3. 永久磁铁的稳定性 Stablity of permanent magnet
当测量电路的输入电阻Rf＞＞R时，永久磁铁的稳定 性将成为误差的决定因素。因为永久磁铁的磁通量密 度的稳定性直接影响工作气隙中磁通量密度的稳定性。
统，如图5-3。
惯性式传感器：
➢ 测量物体振动时，传感器壳体与振动体刚性固 连，随被测体一起振动。
➢ 质量块质量m较大，弹簧弹性系数k较小，被测
体振动频率足够高。
➢ 振动能量几乎全被弹簧吸收，弹簧的变形量接 近等于被测体的振幅。
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5.2 磁电式传感器的动态特性
惯性式磁电传感器测振动特性：
第五章
磁电式传感器
Magnetoelectric sensor
13.04.2020
1
应用实例：
13.04.2020
2
磁电式传感器 Magnetoelectric sensor
磁电式传感器利用电 磁感应原理，将输入 运动速度变换成感应 电势输出的传感器。 有时也称作电动式或 感应式传感器。
不需辅助电源，是一种能量转换型传感 器、有源传感器。
几种稳磁处理措施：
① 时间稳定性
交流强制退磁，“小电流老化”或叫做去“虚 磁”。
② 温度稳定性
高低温时效稳磁处理。
③ 外磁场作用下的稳定性
“人工老化”或采取屏蔽措施。
④ 机械振动作用下的稳定性
13.04.20冲20 击、振动试验
15
5.4 磁电式传感器的应用
1. 测振传感器
（1）动铁式振动传感器（见图5-10） （2）动圈式振动速度传感器（见图5-11）