模块七 磁敏传感器及其应用

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《传感技术》课程标准

《传感技术》课程标准

《传感技术》课程标准1适用对象三年制高职本课程适用于节能工程技术、电子信息工程技术、电子组装技术专业开设的专业课,也可作为其他专业的选修课。

2课程性质与任务《传感技术》是电子信息工程技术比较重要的一门专业课,它是节电技术与管理专业的核心课程,是在学完《电路基础》、《模拟电子技术》、《高频电子技术》、《数字电路》以后所开的专业必修课。

本课程立足于高职高专教育人才培养目标,突出实用性和针对性,重点介绍了在工程实践中和日常生活中常见的传感器的工作原理和电路实例。

经学生反馈和对就业的学生调研中,本课程的开设,对于学生了解现代仪器设备、现代自动化较高的设施的工作原理方面,起到良好的作用,对于熟练使用测试传感器奠定了一定基础。

4教学重点与难点重点掌握力敏传感器、湿度传感器、温度传感器、气体传感器、光电传感器、磁敏传感器、微波和超声波传感器的工作原理,在讲解其结构原理的基础上,重点分析每一种传感器对应的实际电路(实物)的电原理图。

难点在于学生分析整体电路的能力较差,需要教师在这点下功夫。

5课程内容和要求本课程的讲授,根据本课程的每章讲授一种传感器的工作原理,章与章互相独立的特点,将每章设计成一个独立的教学任务,授课采用理论与实践相结合的方法,,以及学生完成任务后达到什么样的目标。

鼓励学生自己设计、装配、安装、调试传感器电路。

本课程属于实用性较强的专业课,需要配套的传感器来结合教学,鉴于学校实践条件有限,尚不能提供教材包含的全部传感器,还望今后学校能逐步投资完善实验设备7相关说明7.1教学的组织与方法本课程以课堂教学为主,同时与实验结合起来,结合传感器实物讲解工作原理与使用方法。

作业布置,每章布置一次作业,每次作业2-3题,光电传感器由于内容多可布置两次作业。

本课程属于考试课,用闭卷考试,成绩统计比例为平时(包括作业、实验、提问、辅导时对学生的了解)占30%,期末成绩占70%。

7.2教学材料的编写与选择该课程选用电子工业出版社2011年1月出版的《传感器原理及应用》(杨少春主编,书号:ISBN978-7-121-12723-6)该教材是国家示范性高职院校建设项目成果,高等职业教育教学改革系列规划教材,荣获2011年全国电子信息类优秀教材(职业教育类)三等奖。

磁传感器的工作原理和应用

磁传感器的工作原理和应用

磁传感器的工作原理和应用磁传感器是一种能够检测和测量磁场的设备,其工作原理基于磁感应效应。

本文将介绍磁传感器的工作原理、种类及其广泛的应用领域。

一、磁传感器的工作原理磁传感器通常由一个敏感元件和一个信号处理单元组成。

敏感元件负责感应磁场并产生相应的电信号,信号处理单元则对这些电信号进行处理和解读。

常见的磁传感器敏感元件包括磁电阻传感器、霍尔效应传感器和磁感应线圈传感器。

它们基于不同的磁感应效应来实现对磁场的感应和测量。

1. 磁电阻传感器:磁电阻效应是指在磁场作用下,材料的电阻发生变化。

磁电阻传感器利用这一效应来感应周围磁场。

当磁场的方向和强度变化时,敏感元件内部的电阻也会相应变化。

通过测量电阻的变化,可以确定磁场的强度和方向。

2. 霍尔效应传感器:霍尔效应是指当载流子在磁场中运动时,由于洛仑兹力的作用,电子在晶格中堆积。

这种堆积使得电子运动轨迹发生偏移,进而引起电阻的变化。

霍尔效应传感器利用这一效应来感应磁场。

当磁场的方向和强度变化时,霍尔传感器中的电阻也会发生相应变化。

通过测量电阻的变化,可以得到磁场的信息。

3. 磁感应线圈传感器:磁感应线圈传感器由线圈和磁芯组成。

当线圈中通过电流时,磁芯的磁导率会发生变化,进而改变线圈的自感和互感。

这种变化可以用来感应周围的磁场。

通过测量线圈中的电流和电压变化,可以确定磁场的强度和方向。

二、磁传感器的应用由于磁传感器能够对磁场进行高精度的感应和测量,因此在许多领域都有广泛的应用。

1. 汽车行业:磁传感器在汽车行业中应用广泛,例如车速传感、转向角传感和刹车传感等。

通过对磁场的感应和测量,磁传感器能够实现对车辆运行状态的监测和控制。

2. 电子产品:磁传感器在电子产品中也有重要的应用。

例如,智能手机中的指南针和陀螺仪就是利用磁传感器来感应和测量磁场,实现屏幕旋转和导航功能。

3. 工业自动化:磁传感器在工业自动化中起着关键的作用。

例如,磁传感器可用于检测机械设备的位置和方向,实现自动控制和监测。

课程标准-传感器技术及应用 (2)精选全文完整版

课程标准-传感器技术及应用 (2)精选全文完整版

可编辑修改精选全文完整版《传感器技术及应用》课程标准课程名称:传感器技术及应用课程类型:专业基础课总学时:64学时学分:4指定人:贾卫坊审核人:适用专业:应用电子技术、电气自动化技术、楼宇智能化工业技术制订时间:2014年7月30日(一)课程性质和任务1.课程性质:本课程是应用电子技术、电气自动化技术、楼宇智能化工业技术等专业职业技术课,,是在学生学习完《电子技术基础一》、《电子技术基础二》、《电路分析基础》等相关课程后开设的。

其主要包括传感器的认识、结构原理和使用方法,并在此基础上分别介绍常用传感器应用技术及实用电路的分析与设计。

2.课程标准设计思路:本课程讲解的内容以实用为主,原理分析通俗易懂。

各章节中典型传感器应用电路的分析和测试,融合常用传感器的基本知识。

课程内容包含了传感器检测若干个项目,每个项目又分为若干个典型工作任务,每个任务将相关知识和实践实验进行有机的结合,突出实际应用,减少理论推导,注重培养学生的实际应用能力和分析解决问题的实际工作能力。

据本课程的教学目标,以各种测量手段为主线,传感器的应用贯穿课程整个内容,让学生在用什么、学什么、会什么的过程中,逐步掌握专业技能和相关专业知识,培养学生的实际操作能力。

由于本课程与实际联系紧密,理论教学和实践实验训练有机结合,对学生的成绩评定应采用新的评价方式。

3.课程任务:通过本课程的学习和技能训练,使学生能认识传感器,了解测量基本原理,理解各种传感器进行非电量电测的方法,掌握传感器的基本结构和使用方法。

初步具备实用传感器的应用和电路制作技能,并了解相应的测量转换电路、信号处理电路的原理及各种传感器在工业中的应用。

(二)课程目标1.职业知识:●传感器的静态特性、动态特性与技术指标●电阻传感器原理与应用●电感传感器原理与应用●电容传感器原理与应用●光电(光纤、光栅)传感器原理与应用●磁电式传感器与霍尔传感器●压电式传感器原理与应用●半导体物性传感器●温度检测系统●压力检测系统●液位测检系统●流量检测系统●传感器在汽车上的应用2.职业技能:●测量误差与数据处理●传感器的标定和校准●应变电阻传感器的测量电路与电子秤的标定。

传感器原理及应用ppt课件

传感器原理及应用ppt课件

图1-3 传感器的重复性
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24
(3)重复性 重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量
程连续多次变动时所得到的特性曲线的不一致程 度,如图1-3所示,用公 式表示为
x
mmax ymax
100%
(1-5)
式中,⊿mmax取⊿ m1、 ⊿ m2中最大的计算,ymax为满 量程输出值。
传感器输出特性的不重复性主要是由传感器的机械
定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由
对被测量敏感的元件和转换元件组成,其中敏感元件
是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分,如应
变式压力传感器中的弹性膜片,就是敏感元件;转换
元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应到的被测
量转换成适于传输或测量的电信号(电压、电流)部
分,如电阻应变片就是转换元件。
要,传感器必须向小型化、微型化方向发展,以便减小体积 和质量。
4. 向多功能化方向发展 传感器多功能化也是传感器今后发展的一个重要方向,
在一块集成传感器上综合多个传感器的功能,可以同时测量 多个被测量,它可以借助于敏感元件中的不同物理结构或化 学物质及其不同的表征方式,用单独一个传感器系统来同时 实现多种传感器的功能。
组成网络直接通信,实现数据的实施发布、共享,以 及网络控制器对节点的控制操作。另外,通过 Internet网,传感器与用户之间可异地交换信息,厂 商能直接与异地用户交流,能及时完成传感器故障诊 断,指导用户维修或交换新仪器改进的数据,软件升 级等工作。另外,在微机电技术、自组织网络技术、 低功耗射频通信技术及低功耗微型计算机技术的共同 促进下,传感器朝微型化和网络化的方向迅速发展, 产生了无线传感器网络。
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传感器原理及应用模块七磁敏传感器及其应用711霍尔传感器

传感器原理及应用模块七磁敏传感器及其应用711霍尔传感器

霍尔传感器的工作原理:

置于磁场中的导体或半导体中流过电流时,

若是没有磁场的影响,则正电荷载流子能平稳

地流过,此时,输出端(从载流导体上平行于

电流和磁场方向的两个面引出)的电压为零。

当加入一个与电流方向垂直的磁场时(如下图所
示),电荷载流子会由于洛伦兹力的作用而偏向
一边,在输出端产生电压,即霍尔电压。这一
模块七 磁敏传感器及其应用
7.1.1 霍尔传感器
霍尔传感器电路符号与标称


只要霍尔传感器受磁场的影响,传感器便有电信号输
器 出。霍尔元件实物图和电路符号如图所示,电路的标称用
原 字母H表示。 理



(a)霍尔传感器实物图
(b)电路符号
霍尔元件电路符号
模块七 磁敏传感器及其应用
7.1.1 霍尔传感器
关的接通与断开。 比较常用的霍尔传感器有CS-3000系列、SH-100系列、
HK系列等。
模块七 磁敏传感器及其应用
7.1.1 霍尔传感器
霍尔集成传感器

用集成电路技术,将霍尔元件、放大器、

温度补偿电路、施密特触发器和稳压电源等电

路集成在一个芯片上,就构成了霍尔集成传感

器。




输出 信号
开关型
由霍尔元件、放大器、施密特触发器、输出晶体 管和稳压电源等组成。具有开关特性,但导通磁 感应强度和截止磁感应强度之间存在滞后效应, 这一特性大大增强了电路的抗干扰能力,保证开 关动作稳定,不产生振荡现象。
的形 式
由霍尔元件、放大器、差动输出电路和稳压电源

传感器原理及应用第7章-磁电式传感器概要

传感器原理及应用第7章-磁电式传感器概要

传感器原理及应用
7.1 磁电感应式传感器(电动式)
7.1.2 磁电感应式传感器的应用
❖ 磁电式扭距传感器:
当扭距作用在转轴上时,两个磁电传感器输出的感应 电压u1、u2存在相位差,相差与扭距的扭转角成正比, 传感器可以将扭距引起的扭转角转换成相位差的电信号。
齿型转盘
u
转轴
磁电传感器1
u1
磁电传感器2
➢随着半导体技术的发展,磁敏传感器正向薄膜化, 微型化和集成化方向发展。
第7章 概述
磁电式传感器
传感器原理及应用
➢ 霍尔传感器属于磁敏元件,磁敏元件也是基于磁电
转换原理,磁敏传感器是把磁学物理量转换成电信号。 ➢随着半导体技术的发展,磁敏元件得到应用和发展, 广泛用于自动控制、信息传递、电磁场、生物医学等 方面的电磁、压力、加速度、振动测量。 ➢ 特点:结构简单、体积小、动态特性好、寿命长。
7.1.2 磁电感应式传感器的应用
➢磁电感应式传感器 通常用来做机械振动 测量。振动传感器结 构大体分两种:
① 动钢型(线圈与 壳体固定)
② 动圈型(永久磁 铁与壳固定)
动圈型
动钢型 恒磁通式
第7章 磁电式传感器
传感器原理及应用
7.1 磁电感应式传感器(电动式)
7.1.2 磁电感应式传感器的应用
❖ 动圈式振动速度传感器


学 量
磁敏传感器
信 号
第7章 磁电式传感器
7.2 霍尔式传感器 7.2.1 霍尔效应
传感器原理及应用
➢1878年美国物理学家霍尔首先发现金属中的霍尔效应,因为 太弱没有得到应用。随着半导体技术的发展,人们发现半导体 材料的霍尔效应非常明显,并且体积小有利于集成化。霍尔传 感器是基于霍尔效应

磁敏传感器概要课件

磁敏传感器概要课件
详细描述
当电流通过一个导体时,如果有一个外部磁场作用在导体上,那么导体的电阻值 会产生变化。利用这个电阻值的变化可以测量外部磁场的大小和方向。磁阻传感 器具有较高的灵敏度和响应速度。
磁致伸缩效应
总结词
磁致伸缩效应是磁敏传感器另一种重要的技术原理,它利用磁场改变材料的长度和体积,从而检测磁场强度和方 向。
以满足不同应用场景的需求。
通过技术创新和规模化生产,实 现成本与性能的最佳平衡,是磁
敏传感器发展的关键。
标准化与互操作性
为了提高磁敏传感器的市场竞争 力,需要制定统一的标准和规范 ,促进产品的互换性和互操作性

标准化有助于提高产品质量、降 低生产成本、促进产业升级和技
术创新。
建立磁敏传感器的标准体系,推 动产业协同发展,是未来发展的
随着物联网技术的发展,磁敏 传感器在智能家居、智慧城市 等领域的应用前景广阔。
磁敏传感器在新能源领域的应 用,如风力发电、太阳能逆变 器等,具有巨大的市场潜力。
成本与性能的平衡
降低磁敏传感器的成本是市场推 广的关键,需要优化生产工艺和
降低材料成本。
在追求低成本的同时,需要保证 传感器的性能稳定性和可靠性,
PART 04
磁敏传感器的发展趋势与 挑战
பைடு நூலகம்
技术创新与突破
磁敏传感器技术不断进步,新型材料和工艺的应用提高了传感器的灵敏度和可靠性 。
集成化与微型化成为磁敏传感器的发展趋势,有助于降低成本、减小体积和重量。
磁敏传感器与其他传感器的集成,实现多参数测量,提高了测量精度和可靠性。
应用领域的拓展
磁敏传感器在智能制造、机器 人、航空航天、医疗等领域的 应用逐渐增多。
详细描述

磁敏传感器(讲)课件

磁敏传感器(讲)课件

磁通门技术
总结词
磁通门技术利用铁磁材料的磁化强度随磁场强度变化的特点 来检测磁场。
详细描述
铁磁材料在磁场中被磁化后,其磁化强度随磁场强度的变化 而变化。通过测量铁磁材料的磁化强度,可以间接地检测磁 场。磁通门技术具有较高的灵敏度和线性度,因此在高精度 磁场测量中得到广泛应用。
隧道效应
总结词
隧道效应是利用电子在两个金属间通过隧道穿透的原理来检测磁场。
磁敏传感器容易受到噪声干扰 ,如电磁干扰、电源波动等, 影响测量精度。
成本较高
相对于一些其他传感器,磁敏 传感器的制造成本较高。
稳定性不足
磁敏传感器的稳定性有待提高 ,需要定期校准和维护。
改进方向
温度补偿技术
研究和发展温度补偿技术,以减小温 度对磁敏传感器的影响。
噪声抑制技术
采用先进的信号处理技术,抑制噪声 干扰,提高测量精度。
常工作。
汽车电子
用于检测车辆的磁场变化,如 发动机点火、车轮转速等,提 高车辆的安全性和稳定性。
环保监测
用于检测环境中的磁场变化, 如气体泄漏、地下水污染等,
保障环境和人类健康。
02
磁敏传感器的原理
霍尔效应
总结词
霍尔效应是磁敏传感器中最常用的一种效应,利用半导体材料在磁场中导电时 产生的电动势来检测磁场。
通过检测磁性材料的磁性特征,可以 判断材料的种类、磁性状态等,用于 材料科学、冶金等领域。
电流测量
直流电流检测
磁敏传感器可以检测直流电流的大小,常用于电源管理、电机控制等领域。
交流电流检测
通过检测交流电产生的磁场,磁敏传感器能够测量交流电流的幅值和频率,广泛应用于电力系统和自 动化控制领域。
位置和角度检测

磁电感应式传感器的应用课件

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。

传感器原理及应用模块七磁敏传感器及其应用711霍尔传感器

传感器原理及应用模块七磁敏传感器及其应用711霍尔传感器

传 感 器 原 理 及
接近开关是指当物体与其接近到设定距离时 就可以发出“动作”信号的开关,它无需和物体 直接接触。接近开关有很多种类,主要有自感式、 差动变压器式、电涡流式、电容式、干簧管、霍 尔式等。


模块七 磁敏传感器及其应用
7.1.1 霍尔传感器
传 感 器
机床转轴的转速测量是利用了霍尔传 感器换并编码后由IC3的“2”、“1”、“15”、“16”脚
应 输出段码数字信号,该信号输入到IC4的“7”、“1”、
用 “2”、“6”脚后进入IC4,经IC4译码、驱动,点亮三位
数码管相应的段。IC3的“4”、“3”、“5”脚输出位码
数字信号,驱动三极管VT1~3,并点亮相应的数码管D1~3。
数码显示出每分钟的转数,范围为0~999/min。
应 用
示的电压仍不下降,则可把磁铁的磁极调换一下再试
(通常是磁铁N极靠近时输出低电平),如果万用表指
示下降,则说明霍尔传感器是良好的,否则说明霍尔传
感器已经损坏。
模块七 磁敏传感器及其应用
7.1.1 霍尔传感器

霍尔元件的基片是半导

体材料,对温度的变化

很敏感。为了减小霍尔 元件的温度误差,可采
器 IC2 LM2907N是一块频率/电压转换集成电路,用于把
原 理 及
频率信号为电压信号。IC3 CA3162E是一块A/D(模 拟/数字)转换集成电路。IC4 CA3161E是一块BCD码

七段译码驱动集成电路。 由三极管VT1~3和三位数码管
用 D1~3共同构成了数字面板表,该微型数字面板表在接
关的接通与断开。 比较常用的霍尔传感器有CS-3000系列、SH-100系列、

磁性传感器及其应用

磁性传感器及其应用

磁性传感器及其应用0前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。

在当今的信息社会中,磁场传感器已成为信息技术和信息产业中不可缺少的基础元件。

目前,人们已研制出利用各种物理、化学和生物效应的磁传感器,并已在科研、生产和社会生活的各个方面得到广泛应用,承担起探究种种信息的任务。

早先的磁传感器,是伴随测磁仪器的进步而逐步发展的。

在众多的测磁方法中,大都将磁场信息变成电讯号进行测量。

在测磁仪器中“探头”或“取样装置”就是磁传感器。

随着信息产业、工业自动化、交通运输、电力电子技术、办公自动化、家用电器、医疗仪器等等的飞速发展和电子计算机应用的普及,需用大量的传感器将需进行测量和控制的非电参量,转换成可与计算机兼容的讯号,作为它们的输入讯号,这就给磁传感器的快速发展提供了机会,形成了相当可观的磁传感器产业。

1 发展简况自从磁传感器作为一种独立产品进入应用以来,迄今,从1014 T的人体弱磁场到高达25T以上的强磁场,都可以找到相应的传感器进行检测。

磁传感器的发展,在本世纪70—80年代形成高潮。

90年代是已发展起来的这些磁传感器的成熟和完善的时期。

目前已形成磁传感器的主要类型。

(1)集成电路技术的应用。

将硅集成电路技术用于磁传感器,开始于1967年。

H。

neLWell 公司Micr。

switch分部的科技人员将Si霍尔片和它的讯号处理电路集成到一个单片上,制成了开关电路、首开单片集成磁传感器之先河。

目前,已经出现厂磁敏电阻电路、巨磁阻电路等许多种功能性的集成磁传感器。

(2)InSb薄膜技术的开发成功,使InSb霍尔几件产量大增,成本大幅度下降。

最先运用这种技术获得成功的日本旭化成电子公司,如今可年产5亿只以上。

霍尔磁敏传感器原理与应用报告

霍尔磁敏传感器原理与应用报告

霍尔磁敏传感器原理与应用报告霍尔磁敏传感器原理与应用一.引言随着自动检测控制和信息技术的发展,对传感器的性能要求越来越高,一方面要求尽可能精确,可靠性要求高;另一方面要求价格尽可能廉价。

霍尔传感器是一种理想器件。

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。

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)。

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。

(传感器技术及应用)第5章磁敏传感器

(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。
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05
磁敏传感器与其他传感 器的比较

磁传感器的原理和应用

磁传感器的原理和应用

磁传感器的原理和应用1. 引言磁传感器是一种能够通过检测磁场变化来测量物理量的装置。

它们通常由感应器和信号处理器组成,能够将磁场的变化转化为电信号,并进行相应的处理。

磁传感器的原理和应用在很多领域都有重要的作用,例如自动化控制、电子设备等。

本文将介绍磁传感器的工作原理以及一些常见的应用领域。

2. 磁传感器的工作原理磁传感器工作的原理基于磁场对物体产生的作用力或效应。

根据磁场的性质,磁传感器可以分为多种类型,如磁电传感器、霍尔传感器、磁阻传感器等。

下面将分别介绍几种常见的磁传感器工作原理。

2.1 磁电传感器磁电传感器是一种利用磁敏材料的磁电效应测量磁场的装置。

当磁场变化时,磁敏材料会产生电势差,从而测量磁场的强度和方向。

磁电传感器具有响应速度快、精度高等优点,在磁共振成像、无线通信等领域有广泛的应用。

2.2 霍尔传感器霍尔传感器是一种基于霍尔效应实现磁场测量的装置。

当电流通过霍尔元件时,磁场会引起电荷在霍尔元件两侧分布不均,从而产生电压差。

霍尔传感器可以测量静态和动态磁场,并具有灵敏度高、响应速度快等优点,在物流、汽车电子等领域有广泛应用。

2.3 磁阻传感器磁阻传感器是一种基于磁阻变化实现磁场测量的装置。

它利用磁场对磁阻的影响,将磁场的变化转化为电阻的变化,并测量电阻的变化来确定磁场的强度和方向。

磁阻传感器具有结构简单、体积小等优点,在磁力计、磁测量仪等领域有广泛应用。

3. 磁传感器的应用磁传感器的应用非常广泛,下面列举几个常见的应用领域。

3.1 自动化控制磁传感器在自动化控制领域有着重要的应用。

例如,在机械设备中,磁传感器可以用于检测物体的位置、速度、方向等参数,并通过信号处理器将这些参数转化为控制信号,实现自动化的控制。

磁传感器的高精度和可靠性使其在自动化控制领域得到了广泛应用。

3.2 磁共振成像磁共振成像是一种通过磁场对原子核的作用来获取图像的技术。

磁传感器在磁共振成像中起到了关键的作用,可以测量磁场的强度和方向,从而实现对原子核的激发和控制。

自动供水装置电路的设计(与“输出”有关文档共6张)

自动供水装置电路的设计(与“输出”有关文档共6张)
可见,取水牌通过传感器一瞬间,传感器输出高电平,其他时间传感器输出的都是低电平。

图7-13 自动供水控制电路
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模块七 磁敏传感器及其应用
自动供水装置电路设计
3、任务实现 :

感 CS3020是三端器件,当磁铁S极距离CS3020较近时,敏感区检
器 测到磁感应强度较大,由磁电转换特性曲线知其输出端输出低电
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模块七 磁敏传感器及其应用
自动供水装置电路设计
将脚6、脚7连接到RC充电电路的电容一端,构成单稳触发电路,其稳定状态是脚3输出低电平,不稳定状态是脚3输出高电平,高电平 持续时间即延时时间由RC充电电路决定;
传 自动供水装置电路的设计
按照控制功能要求,控制电路结构框图如图所示。
感 将脚6、脚7连接到RC充电电路的电容一端,构成单稳触发电路,其稳定状态是脚3输出低电平,不稳定状态是脚3输出高电平,高电平
传 测到铁制取水牌后,输出一个脉冲电压信号触发延时电路,延时电路
感 翻转输出一个持续一定时间的高电平,用此高电平控制开关电路,开

关电路接通执行机构(电磁阀)的电源开始放水,时间到后开关电路 源自断开,从而关闭了水龙头。原




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模块七 磁敏传感器及其应用
自动供水装置电路设计
可见,取水牌通过传感器一瞬间,传感器输出高电平,其他时间传感器输出的都是低电平。 铁物质通过后,传感器再次检测到强的磁感应强度而输出低电平。 铁物质通过后,传感器再次检测到强的磁感应强度而输出低电平。 要求将取水牌(铁材料制成)投入到投牌口后,自动打开水龙头,水被放出来,延时一定时间后自动关闭水龙头 。
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② 输入电阻Rin和输出电阻Rout。霍尔元件两个控制电 流极之间的电阻称为输入电阻,用Rin表示,两个输出 极之间的电阻称为输出电阻,用Rout表示,单位为Ω。 霍尔元件的输入电阻与输出电阻一般为几欧姆到几百 欧姆,通常输入电阻的阻值大于输出电阻,但相差不 多。
③ 不等位电势U0和不等位电阻R0。霍尔元件在额定控 制电流作用下,在无外加磁场时(B=0),霍尔电极间 的霍尔电势理想值应为零,但实际不为零,这时测得 的空载霍尔电势称为不等位电势,用U0表示。 产生不等位电势的原因很多,主要是由于两个电极没 有装配在同一等位面上所致,也与材料的电阻率不均 匀、基片的宽度和厚度不一致及电极与基片之间接触 的位置不对称或电接触不良有关。 不等位电势U0与额定控制电流Ic之比称为霍尔元件的不 等位电阻,一般用符号R0表示。实际应用中U0和R0越 小越好。
图7-12 控制电路结构框图
任务设计 :
自动供水控制电路如图7-13所示。开关型霍尔传感器 CS3020为磁检测装置,555时基电路构成单稳延时电路, 为了得到单稳触发所需的低电平,由VT构成反相器; 开关控制电路是固态继电器;执行机构是不锈钢电磁 阀。 220V的交流电压经降压、整流、滤波,最后由稳压器 W7809输出9V直流电压作为控制电路直流电源向电路 供电。
阶段小结
本课题主要介绍了霍尔效应、霍尔传感器(包括霍尔元 件、集成霍尔传感器)及霍尔元件的主要特性参数,和 一个使用霍尔传感器的自动供水控制电路。 通过磁电效应,磁感应强度的变化可转变为电信号。磁 敏传感器就是把磁学物理量转换成电信号的传感器。 由于磁场对运动电荷具有洛伦兹力作用,通以电流的半 导体受到磁场作用会产生电势UH,此即霍尔效应现象。 霍尔电势UH=KHIBcosθ,其中KH 为霍尔常数,其大小与霍 尔片的材料和尺寸有关,θ 为磁场方向与霍尔片法向夹 角。以此为基础制造有霍尔元件和霍尔集成电路两种类 型的霍尔传感器。
自动供水控制电路
CS3020是三端器件,当磁铁S极距离CS3020较近时, 敏感区检测到磁感应强度较大,由磁电转换特性曲线 知其输出端输出低电平即“开”;当S极和CS3020间 的空气间隙有铁金属物质(取水牌)通过时,在通过 一瞬间,原来穿过传感器敏感区的磁感应线被铁物质 旁路,磁感应线回路不经过磁敏感区,导致传感器检 测到的磁感应强度很小,从而输出高电平即“关”; 铁物质通过后,传感器再次检测到强的磁感应强度而 输出低电平。可见,取水牌通过传感器一瞬间,传感 器输出高电平,其他时间传感器输出的都是低电平。 将传感器输出信号送入反相器,则仅取水牌投入到投 牌口后,才会产生一个短暂的低电平信号(单次负脉 冲)。
由图可知,当 其⑤、⑥脚间接 不同阻值的电阻 时,同一磁场强 度下,阻值越大, 输出越低,但线 性度越好。 UGN—3501K的 输出电压与磁感 应强度的关系曲 线与UGN—3501LI 在R5-6=0Ω时的关 系曲线相同。
图7-10 UGN—3501LI输出电压与磁感应强度的关系
差分输出电压 极性与磁场方向 有关。
通过以上分析,可以看出: ① 霍尔电压UH的大小与材料的性质有关。一般来说, 金属材料n较大,导致RH和KH变小,故不宜做霍尔元 件。霍尔元件一般采用N型半导体材料。 ② 霍尔电压UH与元件的尺寸有关。元件的厚度H越小, KH越大,UH也越大,所以霍尔元件的厚度都比较薄, 但太小,会使元件的输入、输出电阻增大,故也不宜 太薄。 ③ 当元件的材料和尺寸确定后,RH和KH保持常数,霍 尔电压UH仅和IB的乘积成正比。利用这一特性,在恒 定电流下,可用来测量磁感应强度B;反之,在恒定 的磁场下,也可以用来测量电流I。 当KH和B恒定时,I越大,UH越大,但电流不宜过大, 否则会烧坏霍尔元件。
④ 灵敏度。灵敏度包括霍尔灵敏度KH和磁灵敏度SB。 霍尔灵敏度KH又称乘积灵敏度,也可用SH表示,它是 指霍尔元件在单位控制电流和单位磁感应强度作用下 输出极开路时的霍尔电压,单位为V/(T· A)(磁感应 强度有两个单位,国际单位是特斯拉,符号为T,另 一个单位是高斯,符号为Gs,1T=104Gs)。 磁灵敏度SB是指霍尔元件在额定控制电流和单位磁感 应强度作用下,输出极开路时的霍尔电压,单位为 V/T。 磁灵敏度与霍尔灵敏度的区别在于前者是反映在规定 控制电流下,霍尔元件对磁感应强度的检测能力,它 仅与磁感应强度有关,而后者是霍尔元件本身所具有 的磁电转换能力的参量,一般来说SB>SH。
② 双端输出型。典型的双端输出型集成霍尔传感器主 要由稳压电路、霍尔信号发生器、差分放大器及差分 射极跟随器输出级等组成。
图7-9 双端输出型集成霍尔传感器原理图 UGN—3501K的引脚②、③为差动输出端,①脚接地,④脚为VCC;UGN—3501LI引 脚定义有所不同,①、⑧两脚为差动输出,②脚为内部电源输出,③脚为VCC,④ 脚接地,⑤、⑥、⑦三脚之间外接一电位器,主要用于对不等位电势进行补偿,还 可以改善线性,但灵敏度有所降低。
② 霍尔元件的结构。
霍尔元件的结构
2.集成霍尔传感器 集成霍尔传感器是利用霍尔效应与集成电路技术,将 霍尔元件、放大器、温度补偿电路、稳压电源及输出 电路等做在一个芯片上而制成的一个简化的和比较完 善的磁敏传感器,由于其外形与集成电路相同,故也 称为霍尔集成电路。按其输出信号的形式可分为开关 型和线性型两种。
霍尔效应的原理图
洛伦兹力fL使电子横向偏移运动,而霍尔电场建立之 后又对电子施加电场力fE,电场力的方向与洛伦兹力 相反,阻止电荷的积累,最终达到动态平衡,这时 fL=fE。
霍尔电压:
RH IB UH IB KH IB neH H
(7-5)
式中,记RH=1/(ne),其大小取决 Nhomakorabea导体载流子密度, 它反映元件霍尔效应的强弱,称为霍尔系数; KH=RH/H,与霍尔系数成正比,与霍尔元件厚度成反 比,称为霍尔灵敏度。 霍尔效应的原理图
CS3020 内部结构框图
555是广泛应用的定时器,器件功能见表7-5。将脚6、 脚7连接到RC充电电路的电容一端,构成单稳触发电路, 其稳定状态是脚3输出低电平,不稳定状态是脚3输出 高电平,高电平持续时间即延时时间由RC充电电路决 定;触发条件是在脚2上输入单次负脉冲信号,所需脉 冲信号正好是取水牌投入后产生的。
一、磁敏传感器概述
在传感器中,有一类是对磁信号变化敏感的,称 为磁敏传感器。这类传感器主要包括霍尔传感器、 磁阻传感器、磁敏二极管、磁敏三极管、磁敏集 成电路及接近开关等。它们都是利用材料内部的 载流子在磁场作用下改变运动方向这一特性制成 的一种磁传感器。另外,还有利用电磁感应原理 制作的磁电感应传感器。 磁敏传感器的应用分为两大类,即直接应用和间 接应用。直接应用主要是磁量测量,包括测量磁 场强度的各种磁场计;间接应用主要是以磁场为 媒介检测非磁电量和非磁非电量,如电流、功率、 频率、相位等和厚度、位移、振动、转速、流量、 压力等。
内部结构框图
② 开关型集成霍尔传感器的工作特性。图7-6(a)所 示为单极开关型集成霍尔传感器的特性曲线,从中可 以看出,其工作有一定的磁滞BH,使开关动作更可靠。
图7-6 开关型集成霍尔传感器的工作特性
(2)线性型集成霍尔传感器
线性集成霍尔传感器的输出为模拟电压信号,并且与外 加磁场呈线性关系。从输出形式来看,线性集成霍尔传 感器可分为单端输出型和双端输出(差分输出)型两种 电路。 ① 单端输出型。典型的单端输出型线性霍尔传感器由 稳压电路、霍尔电压发生器、线性放大器和射极跟随器 等组成,其简化结构框图如图7-7所示。
① 开关型集成霍尔传感器的内部结构。图7-5所示为 一种单极开关型集成霍尔传感器的结构框图,它主 要由稳压电路、霍尔电压发生器(霍尔元件)、差 分放大器、施密特触发器(整形电路)及集电极开 路的输出级五部分组成。
当有磁场作用在霍尔开关集成传感器上时,霍尔电压 发生器将磁信号转变成电压信号输出,该电压经差分 放大器放大后,送至施密特整形电路,当放大后的霍 尔电压大于“开启”阈值时,施密特整形电路翻转, 输出高电平,使三极管VT导通,具有灌电流(吸收负 载电流)的能力,整个电路处于“开”状态。当磁场 减弱时,霍尔元件输出的电压很小,经放大器放大后, 其值仍小于施密特整形电路的“关闭”阈值,施密特 整形电路再次翻转,输出低电平,使三极管VT截止, 电路处于“关”状态。这样,一次磁感应强度的变化 就使传感器完成了一次开关动作。
二、霍尔传感器
霍尔传感器包括分立的霍尔元件和集成的集成霍尔传 感器。 1.霍尔元件 (1)霍尔元件的工作原理 霍尔元件是利用霍尔效应制成的磁敏元件,图7-1所示 为霍尔效应的原理图。在一片半导体薄片两端面通以 控制电流I,并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为 B的磁场,那么,在垂直于电流和磁场的方向上半导 体薄片两端将产生电势UH(称为霍尔电势或霍尔电 压),这种现象称为霍尔效应。 霍尔效应的产生是由于运动电荷在磁场中受到洛伦兹 力作用的结果。
模块七 磁敏传感器及其应用
课题一 霍尔元件的工作原理
任务:自动供水装置电路的设计 任务目标 ★ 熟悉霍尔效应的原理和霍尔电压的影响因素; ★ 了解霍尔元件的主要技术参数、材料及结构; ★ 掌握霍尔集成电路的功能特点,了解典型霍尔 集成电路的参数; ★ 选用霍尔集成电路设计一个投放铁制取水牌自 动供水的控制电路。
(2)霍尔元件的主要技术参数 ① 额定控制电流Ic及最大允许控制电流Icm。在磁感 应强度B=0时,霍尔元件在空气中产生10℃温升时 所对应的控制电流,称为额定控制电流,一般用Ic 表示。Ic的大小与霍尔芯片的尺寸有关,尺寸越小, Ic越小,一般为几毫安到几十毫安。由于霍尔元件 的输出电势随控制电流的增大而增大,所以在实际 使用中总希望选用较大的控制电流值。 最大允许控制电流是以霍尔元件允许的最高温升值 为限制所对应的控制电流,一般用Icm表示。改善霍 尔元件的散热条件,可以增大最大允许控制电流Icm 的值。
(3)霍尔元件的材料及结构 ① 霍尔元件的材料。霍尔元件的输出与灵敏度有关, KH越大,UH越大。而霍尔灵敏度又取决于元件的材料 性质和尺寸,可以证明霍尔系数等于霍尔元件材料的 电阻率ρ与电子迁移率μ 的乘积(RH= ρμ )。只有半导 体材料,它既有很高的载流子迁移率,又具有电阻率 较大的特点,可以获得很大的霍尔系数,适合用于制 造霍尔元件。
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