202006 - 第8章 变磁路式传感器【传感器技术案例教程】
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202006 - 第1章 绪 论【传感器技术案例教程】
1.2.3 按被测量分类
按传1感.2器.4被按测量工，作即原输理入分信类号分类，便于表示传感器功能，
也便于用户使用； 传感器分为温度、压力、流量、物位、质量、位移、速度、
加速度、角位移、转速、力、力矩、湿度、浓度等传感器；厂 家和用户习惯于这种分类方法
传感器技术案例教程
(第1章 绪 论)
1.2 传感器的分类
本课程重点讨论物理型传感器
物理型传感器
(第1章 绪 论)
传感器按照工作原理的分类
传感器技术案例教程
(第1章 绪 论)
1.3 传感器技术的特点
1. 涉及多学科与技术； 2. 品种繁多； 3. 应用领域十分广泛； 4. 总体要求性能优良，环境适应性好； 5. 应用要求千差万别； 6. 在信息技术中发展缓慢，但生命力强大
传感器技术案例教程
(第1章 绪 论)
1.1 传感器的作用实例分析
实例1：电位器式真空膜盒压力传感器 (potentiometer pressure transducer)
真空膜盒压力敏感元件
电位器式真空膜盒压力传感器
压力 → 膜盒位移 → 电位器电刷（通过传动机构）→ 输出电压
传感器技术案例教程
传感器基本结构组成示意图
传感器技术案例教程
1.2 传感器的分类
1.2.1 按输出信号的类型分类 1.2.2 按传感器能量源分类 1.2.3 按被测量分类 1.2.4 按工作原理分类
(第1章 绪 论)
传感器技术案例教程
(第1章 绪 论)
1.2 传感器的分类
1.2.1 按输出信号的类型分类
分为1三.2类.2：按模拟传式感、器数能字量式源、分开类关型(二值型)； 模拟1式.2传.3感按器：被输测出量连分续类电信号； 数字1式.2传.4感按器：工输作出原数理字分信类号；
磁电式传感器教学课件
智能化与集成化的发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，磁电式传感器正 朝着智能化方向发展，能够实现自适应、自 校准、自诊断等功能，提高了传感器的使用 便利性和可靠性。
集成化
集成化是磁电式传感器的重要发展趋势，通 过将多个传感器元件集成在一个芯片上，实 现多参数、多功能的测量，提高了传感器的 集成度和应用范围。
磁电式传感器的材料选择
材料选择概述
材料选择是磁电式传感器制造的重要环节 之一，它决定了传感器的性能和寿命。
弹性材料
弹性材料用于制造弹性元件，要求具有高 弹性模量和良好的耐疲劳性能，常用的弹 性材料有不锈钢、合金钢等。
磁性材料
磁性材料是磁电式传感器制造的关键材料 ，它需要具有高磁导率、低矫顽力等特点 ，常用的磁性材料有铁氧体、钕铁硼等。
应用领域与优势
应用领域
磁电式传感器在工业自动化、汽车电 子、智能家居等领域有广泛应用，如 速度和位置检测、振动和压力测量等 。
优势
磁电式传感器具有高精度、高灵敏度 、低成本等优点，同时具有较长的使 用寿命和可靠性，因此在许多领域中 得到了广泛应用。
02
磁电式传感器的工作原理
磁场与电磁感应
磁场
由磁体或电流产生，对铁磁物质有吸引或排挤作用。
谢谢您的凝听
THANKS
磁电式传感器教学课件
CONTENTS
• 磁电式传感器概述 • 磁电式传感器的工作原理 • 磁电式传感器的设计与制造 • 磁电式传感器的性能测试与校
准 • 磁电式传感器的应用实例 • 磁电式传感器的发展趋势与展
望
01
磁电式传感器概述
定义与工作原理
定义
磁电式传感器是一种利用磁场感应原理来检测物理量的传感器。
变磁阻电感式传感器的原理
变磁阻电感式传感器的原理
变磁阻电感式传感器的原理是利用磁场变化对电感进行测量。
传感器由一个线圈和一个磁芯组成。
当线圈通过电流时，会产生一个磁场。
当磁芯进入线圈中时，会改变线圈内的磁通量，从而改变电感。
当外部磁场发生变化时，磁芯会受到影响，从而改变线圈中的磁通量。
这种变化会导致线圈的电感值发生变化。
传感器可以通过测量线圈的电感值来确定外部磁场的强度或方向。
具体而言，当进入磁场的磁芯发生磁化时，磁芯的磁导率会发生变化，从而改变线圈的磁通量和电感。
传感器可以测量电感的变化并将其转换为电信号，然后通过电路进行放大和处理，最终得到需要的输出信息。
变磁阻电感式传感器广泛应用于测量磁场强度、位置、速度等领域。
传感器技术课件-磁电式传感器
优势与不足
1 优势
高精度测量、可靠性高、响应速度快、长寿命、适应性强、抗干扰能力强。
2 不足
受环境磁场干扰、成本较高、温度和湿度变化对性能有影响、部分类型难以小型化。
常见类型
霍尔传感器
利用霍尔效应测量磁场，广泛用于速度、位置和角 度检测。
磁编码器
通过测量磁场变化来确定位置，用于精密定位和运 动控制。
传感器技术课件-磁电式 传感器
欢迎参加传感器技术课程！本课件将介绍磁电式传感器的工作原理、应用领 域、优势与不足、常见类型、实际应用案例以及新发展趋势。
工作原理
磁电式传感器利用磁场和电磁感应原理，将磁场的变化转化为电信号，以检测和测量物理量。根据具体应用需 求，有多种不同的工作原理可供选择。
应用领域
工业自动化
磁电式传感器在工厂自动化和机械设备监测中起 到关键作用，如位置检测、速度测量和物体检测。
汽车行业
应用于车辆的位置感应、速度测量、方向盘力反 馈和车身稳定性控制等关键功能。
医疗设备
用于医疗设备中的生物参数监测，如血压计、心 率监测仪和呼吸器等。
消费电子
在智能手机、平板电脑和游戏控制器等设备中用 于位置检测和姿势识别。
磁罗盘
利用地球磁场指示方向，常安全控制和自动化应 用。
实际应用案例
1
工业机器人定位
磁电式传感器可用于工业机器人的精确定位，提高生产效率和产品质量。
2
车辆安全控制
利用磁电式传感器监测车辆速度和转向，实现智能驾驶辅助功能。
3
心脏健康监测
通过磁电式传感器测量心脏电信号，帮助诊断和治疗心脏疾病。
新发展趋势
• 更小型化和集成化设计，适应更多复杂场景。 • 增强抗干扰能力，提高传感器性能稳定性。 • 开发更智能化的传感器网络，实现智能城市和工业4.0等应用。
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？
磁电感应式传感器的应用课件
工作原理
磁电感应式传感器通过磁场的变 化来感应被测物体的状态或变化 ，并将感应信号转换为电信号输 出，以供后续处理或控制使用。
类型与特点
类型
磁电感应式传感器有多种类型，如霍 尔传感器、磁阻传感器、磁通门传感 器等。
特点
磁电感应式传感器具有高灵敏度、高 分辨率、低噪声、长寿命等优点，同 时对温度、湿度等环境因素具有较强 的适应性。
04
磁电感应式传感器的优势与局限 性
优势分析
高灵敏度与分辨率
磁电感应式传感器能够精确地 检测微弱磁场变化，适用于对
微小信号有高要求的场合。
快速响应
由于其工作原理，磁电感应式 传感器能够迅速响应磁场变化 ，适合动态测量。
宽测量范围
通过调整设计参数，磁电感应 式传感器可以覆盖很宽的磁场 范围，满足多种应用需求。
磁电感应式传感器能够测量磁场强度 和方向，常用于地质勘查、机、发电机等设备的运行过程中 ，磁电感应式传感器可以检测磁场变 化，确保设备正常运行。
电机与发电机控制
电机控制
磁电感应式传感器可用于控制电机的启动、停止、正反转等操作，提高电机运行效率和稳定性。
发电机调节
柱形线圈等，以满足不同测量范围和精度要求。
磁路结构设计
02
优化磁路结构，减小磁阻，提高磁场利用率，从而提高传感器
的灵敏度和线性度。
封装与防护设计
03
考虑传感器的封装和防护设计，以提高其环境适应性和使用寿
命。
性能提升与改进
信号处理与放大
采用适当的信号处理电路和放大 器，对传感器输出信号进行放大 和滤波，以提高信号质量和测量 精度。
信号处理与
信号处理电路
磁电感应式传感器输出的感应电动势信号非常微弱，需要通过信号处理电路进行 放大、滤波等处理，以便更好地进行测量和输出。
磁电感应式传感器通过磁场的变 化来感应被测物体的状态或变化 ，并将感应信号转换为电信号输 出，以供后续处理或控制使用。
类型与特点
类型
磁电感应式传感器有多种类型，如霍 尔传感器、磁阻传感器、磁通门传感 器等。
特点
磁电感应式传感器具有高灵敏度、高 分辨率、低噪声、长寿命等优点，同 时对温度、湿度等环境因素具有较强 的适应性。
04
磁电感应式传感器的优势与局限 性
优势分析
高灵敏度与分辨率
磁电感应式传感器能够精确地 检测微弱磁场变化，适用于对
微小信号有高要求的场合。
快速响应
由于其工作原理，磁电感应式 传感器能够迅速响应磁场变化 ，适合动态测量。
宽测量范围
通过调整设计参数，磁电感应 式传感器可以覆盖很宽的磁场 范围，满足多种应用需求。
磁电感应式传感器能够测量磁场强度 和方向，常用于地质勘查、机、发电机等设备的运行过程中 ，磁电感应式传感器可以检测磁场变 化，确保设备正常运行。
电机与发电机控制
电机控制
磁电感应式传感器可用于控制电机的启动、停止、正反转等操作，提高电机运行效率和稳定性。
发电机调节
柱形线圈等，以满足不同测量范围和精度要求。
磁路结构设计
02
优化磁路结构，减小磁阻，提高磁场利用率，从而提高传感器
的灵敏度和线性度。
封装与防护设计
03
考虑传感器的封装和防护设计，以提高其环境适应性和使用寿
命。
性能提升与改进
信号处理与放大
采用适当的信号处理电路和放大 器，对传感器输出信号进行放大 和滤波，以提高信号质量和测量 精度。
信号处理与
信号处理电路
磁电感应式传感器输出的感应电动势信号非常微弱，需要通过信号处理电路进行 放大、滤波等处理，以便更好地进行测量和输出。
变磁阻式传感器
(3-15)
代入式(3-4) LW 2/R mW 20eS/l
得带气隙铁心线圈的电感为
LW20eSK
l
l
1
l/r
(3-16)
式中
K 0W2S 变为磁一阻式常传感数器
第3章 变磁阻式传感器
对式(3-16)
LW20eSK
l
l
1
l/r
微分
得灵敏度为
K
dLL
dl
l
1
l/r
(3-17)
由上式可知，变气隙式传感器的输出特性是非线性的，
当传感器线圈电感量变化时，谐振曲线将左右移动，工作点就
在同一频率的纵坐标直线上移动(例如移至B点)，于是输出电压
的幅值就发生相应变化。这种电路灵敏度很高，但非线性严重，
常与单线圈自感式传感器配合，用于测量范围小或线性度要求
不高的场合。
变磁阻式传感器
第3章 变磁阻式传感器
3.
图3.9 大位移自感式传感器工作原理 (ａ)电原理图；(ｂ)输出特性
U •Z 0 ( 2 R R R rrr 0 02 0 2 ) 2 变 L 磁( j0阻L 式2 0L 传感0 2器)2/2
(3-28)
第3章 变磁阻式传感器
图3.8 (ａ)谐振电路 (ｂ)谐振曲线
图中Z为传感器线圈，E为激励电源。设图(b)中曲线1为图(a)回
路的谐振曲线。若激励源的频率为f，则可确定其工作在A点。
l2
2S2
l
0S
(3-11)
式中 ｌ1,ｌ2——铁心和衔铁的磁路长度(ｍ)； S1，S2——铁心和衔铁的截面积(ｍ2) μ1、μ2——铁心和衔铁的磁导率(H/ｍ) S、ｌδ——气隙磁通截面积(ｍ2)和气隙总长(ｍ)。
【课件】传感器与检测技术 磁电式传感器原理及应用
第 5章
磁电式传感器
传感器原理及应用
测量转速时，传感器的转轴1 与被测物转轴相连接，因而带动转 子2转动。当转子2的齿与定子5的 齿相对时，气隙最小，磁路系统的 磁通最大。而齿与槽相对时，气隙 最大，磁通最小。
（2）磁电感应式转速传感器
因此当定子5不动而转子2转动 时，磁通就周期性地变化，从而在 线圈4中感应出近似正弦波的电压 信号，其频率与转速成正比关系。
第 5章
磁电式传感器
传感器原理及应用
5.1 磁电感应式传感器 5.1.1 工作原理 当线圈与磁铁间有相对运动时，线圈中产生的感 应电势e为
式中 B ：工作气隙磁感应强度； N：线圈处于工作气隙磁场中的匝数，称为工作匝数；
l ：每匝线圈的平均长度; v ：线圈与磁铁沿轴线方向的相对运动速度(ms-1)。
第 5章
磁电式传感器
传感器原理及应用
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；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。
不同结构的恒定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。
它属于动圈式恒定磁通型。其结构原理图如图5-3所示，永 久磁铁3通过铝架4和圆筒形导磁材料制成的壳体7固定在一起， 形成磁路系统，壳体还起屏蔽作用。磁路中有两个环形气隙， 右气隙中放有工作线圈6，左气隙中放有用铜或铝制成的圆环形 阻尼器2。工作线圈和圆环形阻尼器用心轴5连在一起组成质量 块，用圆形弹簧片1和8支承在壳体上。
将传感器固定在被测振动体上永久磁铁铝架和壳体将传感器固定在被测振动体上永久磁铁铝架和壳体一起随被测体振动由于质量块有一定的质量产生惯性力而一起随被测体振动由于质量块有一定的质量产生惯性力而弹簧片又非常柔软因此当振动频率远大于传感器固有频率时弹簧片又非常柔软因此当振动频率远大于传感器固有频率时线圈在磁路系统的环形气隙中相对永久磁铁运动以振动体的振线圈在磁路系统的环形气隙中相对永久磁铁运动以振动体的振动速度切割磁力线产生感应电动势通过引线动速度切割磁力线产生感
磁电感应式传感器的应用课件
工作原理
定义
类型
包括变磁阻式、变磁导式、磁通门式等。
特点
高灵敏度、快速响应、结构简单、可靠性高、抗干扰能力强等。
02
CHAPTER
磁电感应式传感器的基本原理
磁场
由磁体或电流产生，对铁磁物质具有吸引或排挤作用。
电磁感应
当导体在磁场中作切割磁力线运动时，导体中会产生电动势或电流。
铁磁材料在磁场中产生极化现象，使得材料内部正负电荷中心产生相对位移，产生电偶极矩。
环境监测领域
在智能交通领域，磁电感应式传感器可用于车辆速度、位置等信息的检测，提高交通管理的效率和安全性。
智能交通领域
市场需求持续增长
随着工业自动化、智能家居等领域的快速发展，磁电感应式传感器的市场需求将持续增长。
竞争格局日益猛烈
随着技术的不断进步和应用领域的拓展，磁电感应式传感器市场的竞争将日益猛烈，企业需要不断提高技术水平和创新能力。
电流检测
通过测量导线周围磁场的变化，可以非接触地检测电流，广泛用于高压输电线路的电流监测和电机控制。
VS
在车辆、船舶、航空等领域的速度检测中，磁电感应式传感器能够快速准确地检测速度变化。
位置检测
在自动化生产线、机器人、电梯等设备中，磁电感应式传感器可以检测物体的位置和运动轨迹。
速度检测
磁电感应式传感器能够实时监测电流大小，常用于过载保护、短路保护等场合。
磁电效应
利用磁电效应将磁场变化转换为电信号输出，实现非电量到电量的、调制等处理，以提取有用的信息。
信号处理
通过放大电路将微弱的电信号放大，以便于后续的测量和传输。
信号放大
03
CHAPTER
磁电感应式传感器的应用实例
磁场测量
定义
类型
包括变磁阻式、变磁导式、磁通门式等。
特点
高灵敏度、快速响应、结构简单、可靠性高、抗干扰能力强等。
02
CHAPTER
磁电感应式传感器的基本原理
磁场
由磁体或电流产生，对铁磁物质具有吸引或排挤作用。
电磁感应
当导体在磁场中作切割磁力线运动时，导体中会产生电动势或电流。
铁磁材料在磁场中产生极化现象，使得材料内部正负电荷中心产生相对位移，产生电偶极矩。
环境监测领域
在智能交通领域，磁电感应式传感器可用于车辆速度、位置等信息的检测，提高交通管理的效率和安全性。
智能交通领域
市场需求持续增长
随着工业自动化、智能家居等领域的快速发展，磁电感应式传感器的市场需求将持续增长。
竞争格局日益猛烈
随着技术的不断进步和应用领域的拓展，磁电感应式传感器市场的竞争将日益猛烈，企业需要不断提高技术水平和创新能力。
电流检测
通过测量导线周围磁场的变化，可以非接触地检测电流，广泛用于高压输电线路的电流监测和电机控制。
VS
在车辆、船舶、航空等领域的速度检测中，磁电感应式传感器能够快速准确地检测速度变化。
位置检测
在自动化生产线、机器人、电梯等设备中，磁电感应式传感器可以检测物体的位置和运动轨迹。
速度检测
磁电感应式传感器能够实时监测电流大小，常用于过载保护、短路保护等场合。
磁电效应
利用磁电效应将磁场变化转换为电信号输出，实现非电量到电量的、调制等处理，以提取有用的信息。
信号处理
通过放大电路将微弱的电信号放大，以便于后续的测量和传输。
信号放大
03
CHAPTER
磁电感应式传感器的应用实例
磁场测量
传感器技术 变阻抗式传感器原理与应用PPT课件
➢当u上端为负，下端为正时，R2上压降则大于R1上的压降，电压表 V输出上端为正，下端为负。
26
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22:34:11
非相敏整流和相敏整流电路输出电压比较 (a) 非相敏整流电路；（b） 相敏整流电路
使用相敏整流，输出电压U0不仅能反映衔铁位移的大小和方向， 而且还消除零点残余电压的影响。
22:34:11
4.调频电路
CL
G
f
f 1/ 2 LC
f
f 1/(2 LC)
0
L
Δ f (LC)3/ 2 CΔ L / 4 ( f / 2) (Δ L / L)
灵敏度很高，但线性差，适用于线性要求不高的场合
29
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22:34:11
5.调相电路
传感电感变化将引起输出电压相位变化
2 arctan L
R
Δ 2(L / R) Δ L 1 (L / R)2 L
30
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22:34:11
6.自感传感器的灵敏度
自感传感器的灵敏度是指传感器结构（测头）和转 换电路综合在一起的总灵敏度。以调幅电路为例：
传感器结构灵敏度
k0 (Δ L / L) /Δ x
转换电路灵敏度
被测物理量 （非电量：位移、 电磁感应
振动、压力、
流量、比重）
线圈自感系数L/ 互感系数M
电感/互感
电压或电流 （电信号）
2
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22:34:09
3.1 自感式传感器
a)气隙型
b)截面型
c)螺管型
自感式传感器原理图
x(位移、流量、振动） L（自感）U（I）
3
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非相敏整流和相敏整流电路输出电压比较 (a) 非相敏整流电路；（b） 相敏整流电路
使用相敏整流，输出电压U0不仅能反映衔铁位移的大小和方向， 而且还消除零点残余电压的影响。
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4.调频电路
CL
G
f
f 1/ 2 LC
f
f 1/(2 LC)
0
L
Δ f (LC)3/ 2 CΔ L / 4 ( f / 2) (Δ L / L)
灵敏度很高，但线性差，适用于线性要求不高的场合
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5.调相电路
传感电感变化将引起输出电压相位变化
2 arctan L
R
Δ 2(L / R) Δ L 1 (L / R)2 L
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6.自感传感器的灵敏度
自感传感器的灵敏度是指传感器结构（测头）和转 换电路综合在一起的总灵敏度。以调幅电路为例：
传感器结构灵敏度
k0 (Δ L / L) /Δ x
转换电路灵敏度
被测物理量 （非电量：位移、 电磁感应
振动、压力、
流量、比重）
线圈自感系数L/ 互感系数M
电感/互感
电压或电流 （电信号）
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3.1 自感式传感器
a)气隙型
b)截面型
c)螺管型
自感式传感器原理图
x(位移、流量、振动） L（自感）U（I）
3
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磁电式传感器原理8课件
性能参数与评价标准
性能参数
包括灵敏度、线性度、分辨率、温度稳定性等，这些参数直接影响到传感器的测量精度和可靠性。
评价标准
根据实际应用需求，制定相应的评价标准，如测量误差、重复性误差等，以评估传感器的性能优劣。
优化策略与实践
优化策略
针对磁电式传感器的性能参数，制定 相应的优化策略，如改进材料、调整 结构、优化工艺等。
机器人导航
在机器人导航系统中，磁 电式传感器可以帮助机器 人识别周围环境，实现自 主导航。
环境监测领域的应用
气象监测
磁电式传感器可用于监测风速、风向、雨量等气 象参数，为气象预报提供数据支持。
水文监测
在水域监测中，磁电式传感器可以检测水流速度 、水位等参数，用于洪水预警等。
空气质量监测
通过磁电式传感器，可以实时监测空气中的颗粒 物、气体成分等，为环境保护提供数据支持。
电磁感应
当导体在磁场中运动时，导体中会产 生电动势，这种现象称为电磁感应。
磁电效应与转换原理
磁电效应
当导体在磁场中运动时，导体内部的电子受到洛伦兹力作用，产生电动势。
转换原理
利用磁电效应将机械量（如振动、位移等）转换为电信号，实现非电量到电量 的转换。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
磁电材料与特性
磁电材料
具有磁电效应的材料，如铁氧体 、压电陶瓷等。
工作原理
当被测物体或激励源在磁场中移动时 ，会引起磁场变化，磁电式传感器通 过感应这种变化产生电信号，从而实 现对物理量的测量。
分类与应用
分类
磁电式传感器根据工作原理和应 用场景可分为旋转式和线性式两 类。
应用
广泛应用于转速、振动、位移等 物理量的测量，常见于电机、发 动机、机械设备等领域。
相关主题
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Π 形电感式变换元件
电感式变换元件等效电路
传感器技术案例教程
(第8章 变磁路式传感器)
8.1 电感式变换原理及其元件
8.1.1 简单电感式变换元件 信号转换电路
忽略铁损电阻、线圈铜损电阻
、线圈寄生电容，输出电流与
气隙长度关系为
Iout
2Uin 0W 2S
→ 电流与气隙长度成正比
理想特性为虚直线；
(第8章 变磁路式传感器)
8.1 电感式变换原理及其元件
8.1.1 简单电感式变换元件 等效电路
等效电阻、等效电感分别为
RP
R
RC 2 1 2LC
2
1 2LC L R2C
LP
RC 2
1 2LC
2
R
RC
Rm 2L2 Rm2 2L2
;
L Rm2L
Rm2 2L2
Rm ReRh Re Rh — 等效铁损电阻
jL0
差动变压器Π 形结构
L0
W12μ 0 S
20
— 衔铁中间位置一次侧绕组上(下)部分自感
线圈 Q 值（L0 / R0 ）较大，二次侧输出为
Uout
W2 W1
0
Uin
→ 输出电压幅值与气隙相对变化成正比，与变压器二次绕组
和一次绕组匝数比成正比；电压相位可辨别衔铁运动方向
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同；初始位置上、下铁芯与衔铁有相同 气隙 δ0，两线圈阻抗相等，输出电压 为零；
衔铁向上移动 ，上、下气隙 0 , 0 ；图示为等效磁路，相应磁导 (磁阻倒数) 分别为
G11 G12 μ0S 11 μ0S 1
G21 G22 μ0S 21 μ0S 2
等效磁路图
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2
R11, R21 R11 R21 R0 — 一次侧绕组上、下部分等效电阻
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(第8章 变磁路式传感器)
8.1 电感式变换原理及其元件
8.1.3 差动变压器式变换元件 基本特性（电路分析）
气隙变化量远小于初始气隙，输出为
Uout
j W2
W1
L0
0
R0
Uin
LC 谐振回路和放大器结合构成振荡器，其谐振频率，幅
值分别为
1
f0 2π
; LeqC
U out
Iin
Leq ReqC
涡流效应增大，等效电感减小，谐振频率升高，输出幅值 变小；图示检测频率(a)或转换为电压输出(b)
调频信号转换电路
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(第8章 变磁路式传感器)
8.3 电涡流式变换原理
M1 M2
jW1W2 Iin
μ0S 2
2
2 0
2
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(第8章 变磁路式传感器)
8.1 电感式变换原理及其元件
8.1.3 差动变压器式变换元件
基本特性（电路分析）
Π 形差动变压器一次侧绕组上、下部分 自感分别为
L11
W12G11
W12μ0S 21
2
W12μ 0 S 0
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樊尚春教授编排 2019-06
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第8章 变磁路式传感器
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第8章 变磁路式传感器
8.1 电感式变换原理及其元件 8.2 磁电感应式变换原理 8.3 电涡流式变换原理 8.4 霍尔效应及元件 8.5 变磁路式传感器的典型实例
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(第8章 变磁路式传感器)
Π 形电感式变换元件
E 形电感式变换元件
螺管型电感式变换元件
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(第8章 变磁路式传感器)
8.1 电感式变换原理及其元件
8.1.1 简单电感式变换元件 结构组成
主要三部分：线圈、铁芯和活 动衔铁；主要有 Π 形、E 形和 螺管型三种方式；
如 Π 形简单电感式变换元件， 铁芯、活动衔铁由导磁材料如
主要应用
测量位移、振幅、厚度、工件表面粗 糙度、导体温度、材质鉴别及金属表 面裂纹无损检测
定频调幅信号转换电路
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8.4 霍尔效应及元件
生交变磁场；交变磁场通过金属
导体产生电涡流
电涡流效应示意图
电涡流引起交变磁场，对线圈形成反作用，使线圈中电流
大小和相位发生变化，引起线圈等效阻抗变化
Z f r, i1, , , , x
实用时，改变其中一个参数，控制其他参数；线圈阻抗变 化为该参数单值函数
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(第8章 变磁路式传感器)
R1 R2
2M 2 R22 2L22
j L1 L2
2M 2 R22 2L22
Req
jLeq
ReqΒιβλιοθήκη R1R22M 2 R22 2L22
,
Leq
L1
L2
2M 2 R22 2L22
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(第8章 变磁路式传感器)
8.3 电涡流式变换原理
8.3.2 等效电路分析
图为电涡流式变换元件等效电路
大于空气导磁率 μ0，电感量为
L W 2 W 20S
R
2
初始气隙 δ0 对应的电感量为
L0
W 20S 20
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(第8章 变磁路式传感器)
8.1 电感式变换原理及其元件
8.1.1 简单电感式变换元件 基本特性
衔铁移动，气隙减小 △δ，电
感量、电感变化量和相对变化
量分别为
L W 20S
几种差动变压器结构示意图
两只铁芯，一次侧绕组l (激磁线圈)和二次侧绕组2 (输出 线圈)；衔铁置于两铁芯中间，一次侧串联接激磁电压 ， 二次侧电势反相串接，实现差动
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(第8章 变磁路式传感器)
8.1 电感式变换原理及其元件
8.1.3 差动变压器式变换元件
基本特性（磁路分析）
讨论图示 Π 形差动变压器 结构完全对称，铁芯与衔铁气隙左右相
02 2
0 2 Iin
定频调幅信号转换电路
Leq ReqC 1 2Leq Req 2
1 LeqC — 激磁线圈自身谐振角频率
0 — 失谐角频率偏移量 0 (激磁角频率接近谐振角频率)，输出最大
U out
Iin Leq ReqC
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(第8章 变磁路式传感器)
8.3 电涡流式变换原理
8.1 电感式变换原理及其元件
8.1.1 简单电感式变换元件
8.1.2 差动电感式变换元件 8.1.3 差动变压器式变换元件
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(第8章 变磁路式传感器)
8.1 电感式变换原理及其元件
8.1.1 简单电感式变换元件 结构组成
主要三部分：线圈、铁芯和活 动衔铁；主要有 Π 形、E 形和 螺管型三种方式；
8.3 电涡流式变换原理
8.3.2 等效电路分析
图为电涡流式变换元件等效电路 ；左侧为通电线圈有关参数；右 侧为金属导体有关参数，M 为线 圈与金属导体之间互感系数；
由柯希霍夫定律，得
Rj1MjI1
L1 I1 R2
jMI2
jL2
I2
U
in
0
线圈等效阻抗
电涡流效应等效电路图
Zeq
Uin I1
；左侧为通电线圈有关参数；右
侧为金属导体有关参数，M 为线
→ 圈涡与流金效属应导使体线之圈间等互效感阻系抗数实； 部(由等柯效希电霍阻夫)增定大律，虚得部(等效
电耗感 电能)Rj减1，M少jI产1 ，L1生即RI12热电j量j涡ML2I流2 I2效U i应0n 将消
线圈等效阻抗
电涡流效应等效电路图
(第8章 变磁路式传感器)
8.1 电感式变换原理及其元件
8.1.3 差动变压器式变换元件
基本特性（磁路分析）
Π 形铁芯1、2，一次侧与二次侧之间互 感分别为
M1
W1W2
G11G12 G11 G12
M2
W1W2
G21G22 G21 G22
差动变压器Π 形结构
输出为
Uout E21 E22 jIin
8.3.3 信号转换电路（定频调幅方式）
涡流效应增大，等效电感减小、 等效电阻增大，谐振频率及谐振
曲线向高频方向移动，见图 b；
该方式多用于测量位移，图 c 为 信号转换图
定频调幅信号转换电路
定频调幅信号转换电路
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8.3 电涡流式变换原理
优点
非接触式测量、结构简单、灵敏度高 、抗干扰能力强、不受油污等介质的 影响等；
U out
UB
UC
Z1 Z1 Z2
1
2
U
in
1
0
1 0 1 0
1
2
Uin
20
Uin
输出电压幅值与衔铁相对移动量大小成正比，相位可辨别 位移方向
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(第8章 变磁路式传感器)
8.1 电感式变换原理及其元件
8.1.3 差动变压器式变换元件
结构组成
三部分：铁 芯、衔铁和 线圈；图示 为几种典型 结构；
8.3.3 信号转换电路（定频调幅方式）
图为高频激磁电流对并联 LC 电 路供电，输出为
Uout Iin Z Iin
Req j0Leq Req j0Leq
1 j0C
1 j0C
激磁电流角频率 ω0 足够高，得
Uout Iin
Leq 1 Leq Req
ReqC
L21
W12G21
W12μ0S 2 2
2
W12μ 0 S 0
一次绕组上、下部分阻抗