《磁电式传感器》PPT课件
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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。
磁电式传感器
图7.2.4 霍尔元件的等效电路
7.2 霍尔式传感器
此时可根据A、B两点电位的高低，判断应在某 一桥臂上并联一定的电阻，使电桥达到平衡，从而 使不等位电势为零。几种补偿线路如图7.2.5所示。
RP
RP RP (a) (b) (c) R (d)
RP
图7.2.5 不等位电势补偿电路
7.2 霍尔式传感器
第7章 磁电式传感器
7.1 磁电感应式传感器 7.2 霍尔式传感器
7.1 磁电感应式传感器
磁电式传感器——通过电磁感应原理将被测量 （如振动、转速、扭矩）转换成电势信号。
利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出 感应电势；属于机-电能量变换型传感器
优点: 不需要供电电源，电路简单， 性能稳定，输出阻抗小
此时电荷不再向两侧面积累，达到平衡状态。
7.2 霍尔式传感器
若金属导电板单位体积内电子数为n，电子定 向运动平均速度为v，则激励电流I=nevbd，即
I v nebd
代入上两式得
IB EH nebd IB UH ned
7.2 霍尔式传感器
式中令RH=1/ne，称之为霍尔系数（反映霍尔效 应强弱），其大小取决于导体载流子密度, 则
等 效 机 械 系 统 Vo为传感器外壳的运动速度，即被测物体运动速度； Vm为传感器惯性质量块的运动速度。
7.1 磁电感应式传感器
若V(t)为惯性质量块相对外壳的运动速度 运动方程
dV0 (t ) dV (t ) m cV (t ) K V (t )dt m dt dt
Av ( ) ( / n ) 2 1 ( / n ) 2 [ 2 ( / n ) 2 ]
7.1 磁电感应式传感器
磁电式传感器课件
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：
8-磁电式传感器全解
e N d
dt
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 NBl dx sin NBlvsin
dt
8.2 磁电感应式传感器
8.2.2 测量电路
磁电感应式传感器可以直接输出感应电动势信号，且磁电感应式传感器 通常具有较高的灵敏度，所以不需要高增益放大器。但磁电感应式传感 器只用于测量动态量，可以直接测量振动物体的线速度或旋转体的角速度。
8.1 霍尔式传感器
3.霍尔式压力传感器
8.1 霍尔式传感器
4.霍尔式转速传感器
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、整形后可以确定被测物的 转速。
8.1 霍尔式传感器
5.霍尔式接近开关 接近开关只能用于铁磁材料的检测.
8.2 磁电感应式传感器
8.3 磁敏元件
磁敏元件是基于磁电转换原理的传感元件。磁敏元件主要有磁敏电阻、 磁敏二极管和磁敏三极管等
8.3.1 磁敏电阻
将一载流导体置于外电场中，除了产生霍尔效应外，其电阻也会随着 磁场而变化，这一现象称为磁阻效应。磁阻效应和霍尔效应是同时发 生的一种物理效应。磁敏电阻是利用磁阻效应制成的一种磁敏元件。
8.1 霍尔式传感器
洛伦兹力 电场力 相等时
F qvB
F qEH
qvB qEH
霍尔电动势 U H bEH
控制电流 I nqvbd
UH
IB nqd
RH
IB d
K H IB
8.1 霍尔式传感器
8.1.2 霍尔元件
8.1 霍尔式传感器
8.1.3 典型应用
1.霍尔式电流传感器
霍尔电流传感器可以测量各种类型的电流，从直流电到几十千赫兹的 交流电
dt
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 NBl dx sin NBlvsin
dt
8.2 磁电感应式传感器
8.2.2 测量电路
磁电感应式传感器可以直接输出感应电动势信号，且磁电感应式传感器 通常具有较高的灵敏度，所以不需要高增益放大器。但磁电感应式传感 器只用于测量动态量，可以直接测量振动物体的线速度或旋转体的角速度。
8.1 霍尔式传感器
3.霍尔式压力传感器
8.1 霍尔式传感器
4.霍尔式转速传感器
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、整形后可以确定被测物的 转速。
8.1 霍尔式传感器
5.霍尔式接近开关 接近开关只能用于铁磁材料的检测.
8.2 磁电感应式传感器
8.3 磁敏元件
磁敏元件是基于磁电转换原理的传感元件。磁敏元件主要有磁敏电阻、 磁敏二极管和磁敏三极管等
8.3.1 磁敏电阻
将一载流导体置于外电场中，除了产生霍尔效应外，其电阻也会随着 磁场而变化，这一现象称为磁阻效应。磁阻效应和霍尔效应是同时发 生的一种物理效应。磁敏电阻是利用磁阻效应制成的一种磁敏元件。
8.1 霍尔式传感器
洛伦兹力 电场力 相等时
F qvB
F qEH
qvB qEH
霍尔电动势 U H bEH
控制电流 I nqvbd
UH
IB nqd
RH
IB d
K H IB
8.1 霍尔式传感器
8.1.2 霍尔元件
8.1 霍尔式传感器
8.1.3 典型应用
1.霍尔式电流传感器
霍尔电流传感器可以测量各种类型的电流，从直流电到几十千赫兹的 交流电
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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变化。
恒磁通式
变磁通式
精选课件ppt
5
第6章 磁电式传感器
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.1 工作原理
➢恒磁通式传感器通常 用做机械振动测量。
➢振动传感器结构大体 分两种: ①动圈型
永久磁铁与壳固定
②动钢型
线圈与壳体固定
动圈型
精选课件ppt
传感器原理及应用
动钢型
恒磁通式测振动
6
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
线圈内产生感应电动势的大小与穿过线圈磁通变化率有关。
e N d dt
• 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，感应电动势可以表示为
eBlN
式中：B 磁感应强度，N 线圈匝数，L每匝线圈长度，V运动速度
• 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，相对运动速度就接近振精选动课体件p的pt 振动速度。
设齿轮齿数为N，脉冲频率为f， 转速为：n = f/N
➢ 转速的单位是转/分钟，所以 要再乘以60，才是转速数据，
即 nz= 60×f/N
➢ 在使用60齿的发讯齿轮时， 就可以得到一个简单的转速公
式 n=f。所以可用频率计测量
转速。这就是在工业中转速测 量中齿轮多为60齿的原因。
精选课件ppt
12
磁电转速传感器的工作方式
-
ui C
+
u0
理想运放 U U 0 I c I f
Ic
c
dui dt
u0(t)If
Rf
RCdui dt
ui
u0
t
u0tdduti
adv dt
ui e sv
t
精选课件ppt
11
第6章 磁电式传感器
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.4 应用
1.磁电式转速传感器
传感器原理及应用
➢ 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。
传感器原理及应用
第6章 磁电式传感器
精选课件ppt
1
第6章 磁电式传感器
主要内容：
传感器原理及应用
6.1 磁电感应式传感器 6.2 霍尔式传感器
精选课件ppt
2
第6章 概述
磁电式传感器
传感器原理及应用
➢磁电式传感器是利用电磁感应原理，通过检测磁场的变化 将运动的速度、位移、振动等物理量转换成线圈中的感应电 动势输出。
传
感
υ
器
显示器
滤波
放大 检波
告警 电路
机械振动监视系精选统课原件理ppt框图
u
告警
ωt
13
第6章 磁电式传感器 6.2 霍尔式传感器
传感器原理及应用
➢ 霍尔传感器是一种磁
敏元件，主要用于磁场 检测;
➢ 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场 只能测到10-6高斯。
磁场强度与磁场源的分布
➢ 对于结构确定的磁电式传感器，传感器电势输出正
比于振动速度
ev
由 eN B lv 可 确s定v灵敏度为常数
SNBl
➢ 可定义出磁电感应式传感器灵敏度
电流灵敏度:
SI
I0 v
A/cm/s
电压灵敏度：
S
U0
V/cm/s
精选课件ppt
8
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.3 测量电路
精选课件ppt
14
第6章 磁电式传感器
传感器原理及应用
6.2 霍尔式传感器
➢ 测磁的方法：
①利用电磁感应作用的传感器（强磁场） 如：磁头、机电设备、测转速、磁性标定、差动变压器； ②利用磁敏电阻、磁敏二极管、霍尔元件测量磁场； ③利用超导效应传感器，SQVID 约瑟夫元件； ④利用核磁共振的传感器，有光激型、质子型。 ⑤利用磁作用传感器，磁针、表头、继电器；
精选课件ppt
9
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.3 测量电路
If C
❖ 速度经积分电路 可测量位移
Ii
根据 esv x vt
-
ui R
+
u0
理想运放 U U压是输入电压对时间积分
u0(t)
➢ 磁电传感器根本上是速度传感器，磁铁与线圈之间相对 运动时，磁路线圈切割磁力线产生于正比速度的感应电动 势， 由此输出可直接获得速度信号。
信号输出经测量电路转换可获得位移和加速度
• 直接输出电动势，测量速度信号；
• 接入积分电路可测量位移信号；
•
接入微分电路可测量加速度信号。
esv x vt
a
dv dt
第6章 磁电式传感器
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.4 应用
传感器原理及应用
2.机械振动监测
➢ 机械振动监视系统是监测飞机在飞行中发动机振动变化趋势的系统。 磁电式振动传感器固定在发动机上，直接感受发动机的机械振动，并输 出正比于振动速度的电压信号。 ➢ 因传感器接收飞机上各种频率的振动信号，必须经滤波电路将其它频 率信号衰减后，才可能准确测量出发动机的振动速度。当振动量超过规 定值时，发出报警信号，飞行员可随时采取紧急措施，避免事故发生。
1 C
t
0 If dt
u0(t)uc
1 RC
uidt
ui
t
RC称积分时间常数
u0
u0tuidtvtxui e sv
t
精选课件ppt
10
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.1 磁电感应式传感器（电动式）
6.1.3 测量电路
If Rf
❖ 速度经微分电路 可测量加速度 Ic
因为
esv
a dv dt
➢导体和磁场发生相对运动时，在导体两端有感应电动势输 出，磁电感应式传感器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。是典型的有源传感器。
机
量电
械
磁电式传感器
能
精选课件ppt
3
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.1 工作原理
❖ 根据电磁感应定律，N匝线圈在磁场中运动切割磁力线，
4
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.1 工作原理
结构：磁电式传感器由磁钢、线圈、弹簧、阻尼器和壳体等 组成，是典型的二阶系统，根据原理有两种磁电感应式 传感器：
1.恒磁通式: 恒定磁场，运动部件可以是线圈也可以是磁铁。 2.变磁通式: 线圈、磁铁静止不动，转动物体引起磁阻、磁通
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.1 工作原理
• 变磁通式又称为变磁阻式，线圈、磁铁静止不动， 测转速时, 转动物体（齿轮的凹凸）引起磁阻或磁通变化。
开磁路
闭磁路
（a）开磁路 精选课件p（pt b）闭磁路
7
第6章 磁电式传感器
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.2 基本特性
传感器原理及应用
恒磁通式
变磁通式
精选课件ppt
5
第6章 磁电式传感器
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.1 工作原理
➢恒磁通式传感器通常 用做机械振动测量。
➢振动传感器结构大体 分两种: ①动圈型
永久磁铁与壳固定
②动钢型
线圈与壳体固定
动圈型
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传感器原理及应用
动钢型
恒磁通式测振动
6
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
线圈内产生感应电动势的大小与穿过线圈磁通变化率有关。
e N d dt
• 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，感应电动势可以表示为
eBlN
式中：B 磁感应强度，N 线圈匝数，L每匝线圈长度，V运动速度
• 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，相对运动速度就接近振精选动课体件p的pt 振动速度。
设齿轮齿数为N，脉冲频率为f， 转速为：n = f/N
➢ 转速的单位是转/分钟，所以 要再乘以60，才是转速数据，
即 nz= 60×f/N
➢ 在使用60齿的发讯齿轮时， 就可以得到一个简单的转速公
式 n=f。所以可用频率计测量
转速。这就是在工业中转速测 量中齿轮多为60齿的原因。
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12
磁电转速传感器的工作方式
-
ui C
+
u0
理想运放 U U 0 I c I f
Ic
c
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u0(t)If
Rf
RCdui dt
ui
u0
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u0tdduti
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ui e sv
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第6章 磁电式传感器
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.4 应用
1.磁电式转速传感器
传感器原理及应用
➢ 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。
传感器原理及应用
第6章 磁电式传感器
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1
第6章 磁电式传感器
主要内容：
传感器原理及应用
6.1 磁电感应式传感器 6.2 霍尔式传感器
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2
第6章 概述
磁电式传感器
传感器原理及应用
➢磁电式传感器是利用电磁感应原理，通过检测磁场的变化 将运动的速度、位移、振动等物理量转换成线圈中的感应电 动势输出。
传
感
υ
器
显示器
滤波
放大 检波
告警 电路
机械振动监视系精选统课原件理ppt框图
u
告警
ωt
13
第6章 磁电式传感器 6.2 霍尔式传感器
传感器原理及应用
➢ 霍尔传感器是一种磁
敏元件，主要用于磁场 检测;
➢ 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场 只能测到10-6高斯。
磁场强度与磁场源的分布
➢ 对于结构确定的磁电式传感器，传感器电势输出正
比于振动速度
ev
由 eN B lv 可 确s定v灵敏度为常数
SNBl
➢ 可定义出磁电感应式传感器灵敏度
电流灵敏度:
SI
I0 v
A/cm/s
电压灵敏度：
S
U0
V/cm/s
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第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.3 测量电路
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第6章 磁电式传感器
传感器原理及应用
6.2 霍尔式传感器
➢ 测磁的方法：
①利用电磁感应作用的传感器（强磁场） 如：磁头、机电设备、测转速、磁性标定、差动变压器； ②利用磁敏电阻、磁敏二极管、霍尔元件测量磁场； ③利用超导效应传感器，SQVID 约瑟夫元件； ④利用核磁共振的传感器，有光激型、质子型。 ⑤利用磁作用传感器，磁针、表头、继电器；
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第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.3 测量电路
If C
❖ 速度经积分电路 可测量位移
Ii
根据 esv x vt
-
ui R
+
u0
理想运放 U U压是输入电压对时间积分
u0(t)
➢ 磁电传感器根本上是速度传感器，磁铁与线圈之间相对 运动时，磁路线圈切割磁力线产生于正比速度的感应电动 势， 由此输出可直接获得速度信号。
信号输出经测量电路转换可获得位移和加速度
• 直接输出电动势，测量速度信号；
• 接入积分电路可测量位移信号；
•
接入微分电路可测量加速度信号。
esv x vt
a
dv dt
第6章 磁电式传感器
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.4 应用
传感器原理及应用
2.机械振动监测
➢ 机械振动监视系统是监测飞机在飞行中发动机振动变化趋势的系统。 磁电式振动传感器固定在发动机上，直接感受发动机的机械振动，并输 出正比于振动速度的电压信号。 ➢ 因传感器接收飞机上各种频率的振动信号，必须经滤波电路将其它频 率信号衰减后，才可能准确测量出发动机的振动速度。当振动量超过规 定值时，发出报警信号，飞行员可随时采取紧急措施，避免事故发生。
1 C
t
0 If dt
u0(t)uc
1 RC
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RC称积分时间常数
u0
u0tuidtvtxui e sv
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精选课件ppt
10
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.1 磁电感应式传感器（电动式）
6.1.3 测量电路
If Rf
❖ 速度经微分电路 可测量加速度 Ic
因为
esv
a dv dt
➢导体和磁场发生相对运动时，在导体两端有感应电动势输 出，磁电感应式传感器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。是典型的有源传感器。
机
量电
械
磁电式传感器
能
精选课件ppt
3
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.1 工作原理
❖ 根据电磁感应定律，N匝线圈在磁场中运动切割磁力线，
4
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.1 工作原理
结构：磁电式传感器由磁钢、线圈、弹簧、阻尼器和壳体等 组成，是典型的二阶系统，根据原理有两种磁电感应式 传感器：
1.恒磁通式: 恒定磁场，运动部件可以是线圈也可以是磁铁。 2.变磁通式: 线圈、磁铁静止不动，转动物体引起磁阻、磁通
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.1 工作原理
• 变磁通式又称为变磁阻式，线圈、磁铁静止不动， 测转速时, 转动物体（齿轮的凹凸）引起磁阻或磁通变化。
开磁路
闭磁路
（a）开磁路 精选课件p（pt b）闭磁路
7
第6章 磁电式传感器
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.2 基本特性
传感器原理及应用