传感器基本原理和应用第七章磁电传感器
磁电式传感器原理及应用
如图所示开磁路变磁通式转速传感器。 测量齿轮4安装在被测转轴上与其一起 旋转。当齿轮旋转时，齿的凹凸引起 磁阻的变化，从而使磁通发生变化， 因而在线圈3中感应出交变的电势，其 频率等于齿轮的齿数Z和转速n的乘积， 即
(4) 霍尔元件的电阻温度系数α：表示在不施加磁场的条件下， 环境温度每变化1℃时电阻的相对变化率，单位为%/℃。
(5) 霍尔寄生直流电势U0：在外加磁场为零、霍尔元件用交流激
励时，霍尔电极输出除了交流不等位电动势外，还有一直流电势， 称为寄生直流电势。
(6) 霍尔最大允许激励电流Imax：以霍尔元件允许最大温升为限
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
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。
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 E NBl dx dt
扭转0角 与感应电动势相位差的关
系为
式中：z为传感0 器z定子、转子的齿
数。
2 霍尔式传感器
传感器原理7磁电式传感器课件
02
磁电式传感器基础知识
磁电式传感器的工作原理
磁电式传感器是通过磁场感应原理来检测物理量的传感器。 当被测物体（如金属）接近传感器时，会在传感器线圈中产 生感应电动势，从而实现对被测物体的检测。
磁电式传感器通常由线圈和磁铁组成，当被测物体接近线圈 时，会引起线圈中磁通量的变化，进而产生感应电动势。
07
案例分析：某型号磁电式 传感器的应用与性能分析
应用场景介绍
工业自动化生产线
用于检测生产线上的物体运动速度和位置，实现自动化控制。
汽车安全系统
用于检测汽车发动机和传动系统的工作状态，保障行车安全。
物流分拣系统
用于识别包裹上的条形码和地址信息，实现快速分拣和配送。
传感器性能测试与分析
灵敏度测试
测量误差大
可能是由于传感器老化、参数设置错 误或环境干扰导致，需要进行校准和 检查。
无信号输出
可能是传感器损坏或电源故障导致， 需更换传感器或检查电源。
温度漂移
由于温度变化导致传感器测量值发生 变化，需要进行温度补偿或更换更高 品质的传感器。
06
磁电式传感器的发展趋势 与展望
新材料在磁电式传感器中的应用
优化设计方法
采用有限元分析、仿真软件等工具进行优化设计，提高传感器性能 。
磁电式传感器的材料选择
材料要求
根据传感器的工作原理和 应用环境，选择具有高磁 导率、高电阻率、低损耗 等特性的材料。
常用材料
如坡莫合金、硅钢等软磁 材料，以及导电材料如铜 、铝等。
材料性能比较
对不同材料的性能进行比 较，选择最适合的材料组 合，以提高传感器性能。
误差分析
分析传感器在使用过程中出现的误差来源，提出减小误差 的方法。
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：
原
置于磁场中的导体或半导体中流过电流时，
理
若是没有磁场的影响，则正电荷载流子能平稳
及
地流过，此时，输出端（从载流导体上平行于
应
电流和磁场方向的两个面引出）的电压为零。
用
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
传
感
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
及
应
用
（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
传
用集成电路技术，将霍尔元件、放大器、
感
温度补偿电路、施密特触发器和稳压电源等电
器
路集成在一个芯片上，就构成了霍尔集成传感
原
器。
理
及
应
用
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
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
磁
电
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
第7章 磁电式传感器PPT课件
（2）输入电阻 Ri
控制电极间的电阻值（20±5℃）
输出电阻 R0
指霍尔电极间的电阻值
IH UH Ri
Ro
(3）不等位电势和不等位电阻
• 当霍尔元件的激励电流为I时，若
元件所处位置磁感应强度为零，
此时测得的空载霍尔电势。
• 不等位电势就是激励电流经不等
位电阻所产生的电压。 (4） 寄生直流电势
r0
U0 I
一般分为两种： 磁电感应式: 利用导体和磁场发生相对运动产生感应电势 霍尔式: 载流半导体在磁场中有电磁效应(霍尔效应)而输出电
势
第7章 磁电式传感器 7.1.1 磁电感应式传感器工作原理
以电磁感应原理为基础的，根据电磁感应定律，线圈两端 的感应电动势正比于线圈所包围的磁链对时间的变化率，即
e W d
– 对KHI乘积项同时进初行始补状偿态。：采KH用0,R恒i0流, 源I与H 0输入Ri回0RP路0RI并P0 联电阻 。
Ip
IH
温度变化后：Ri Ri0 (1 T ) Rp Rp0 (1 T )
Rp Is
UH
IH
RpIs Rp Ri
Rp0(1 T )Is Rp0(1 T ) Ri0(1 T )
要使
UH0=UH 即 KH0IH0B=KHIHB
图7-14 恒流温度补偿电路
Rp0
(
)Ri0
第7章 磁电式传感器
具有温度补偿的补偿电路
• 右图是一种常见的具有温度补偿 的不等位电势补偿电路。该补偿 电路本身也接成桥式电路，其工 作电压有霍尔元件的控制电压提 供；其中一个为热敏电阻Rt，并 且于霍尔元件的等效电阻的温度 特性相同。
第7章 磁电式传感器
磁电感应式传感器工作原理
图 7 - 5 是动圈式振动速度传感器结构示意图。 其结构主 要由钢制圆形外壳制成, 里面用铝支架将圆柱形永久磁铁与外 壳固定成一体, 永久磁铁中间有一小孔, 穿过小孔的芯轴两端 架起线圈和阻尼环, 芯轴两端通过圆形膜片支撑架空且与外壳 相连。
第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器
（7 - 13）
EH=
IB bdae
（7 -14）
第7章 磁电式传感器将上源自代入式（7 - 10）得UH =
IB ned
（7 -15）
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，则
UH =RH
IB d
K
HIB
（7 - 16）
式中KH=RH/d称为霍尔片的灵敏度。由式（7 - 16）可见, 霍尔
第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器
7.1
磁电感应式传感器又称磁电式传感器, 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, 是有源传感器。由于它输出功率 大且性能稳定, 具有一定的工作带宽（10～1000 Hz）, 所以 得到普遍应用。
但在室温时其霍尔系数较大。砷化铟的霍尔系数较小, 温 度系数也较小, 输出特性线性度好。 表 7 - 1 为常用国产霍尔 元件的技术参数。
第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器
2. 霍尔元件基本结构
霍尔元件的结构很简单, 它由霍尔片、 引线和壳体组成, 如图 7 - 9(a)所示。 霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片， 引出四个引线。1、1′两根引线加激励电压或电流，称为激 励电极；2、2′引线为霍尔输出引线，称为霍尔电极。 霍尔 元件壳体由非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装而成。 在电 路中霍尔元件可用两种符号表示，如图7- 9(b)所示。
磁电式传感器的工作原理
一、引言磁电式传感器（magnetic-electric sensor）是一种常见的传感器类型，广泛应用于各个领域中，包括工业自动化、交通运输、机器人、医疗设备等。
磁电式传感器利用磁力与电磁感应的原理，将磁场的变化转化为电信号，从而实现对磁场强度、方向或位置的检测。
本文将详细解释磁电式传感器的工作原理，包括其基本原理、结构、工作方式以及应用领域。
二、磁电式传感器的原理1. 电磁感应原理磁电式传感器的工作原理基于电磁感应的原理。
根据法拉第电磁感应定律，当一个导体在磁力线穿过时，会在导体中产生电动势。
这种现象可以用以下公式表示：EMF = -dΦ/dt其中EMF表示电动势，Φ表示磁场通量，dt表示时间的微小变化。
根据该定律可知，当磁场强度或磁场方向发生变化时，会在导体中产生电动势。
2. 磁电效应原理磁电式传感器的核心部件是磁电材料，如铁电材料或磁电材料。
磁电材料具有磁电效应，即在外加磁场的作用下，会产生磁感应强度与电场强度之间的线性关系。
磁电效应可以通过以下公式表示：E = k * H其中E表示电场强度，k表示磁电系数，H表示磁场强度。
根据该公式可知，当磁场强度发生变化时，磁电材料会产生相应的电场强度变化。
3. 磁电式传感器的构成磁电式传感器通常由磁电材料、电极、封装以及相关电路组成。
磁电材料：磁电材料是磁电式传感器的核心部件，它通过磁电效应将磁场的变化转化为电场的变化。
常见的磁电材料包括铁电材料和磁电材料。
电极：电极用于连接磁电材料和外部电路，将磁电材料产生的电场信号引出。
封装：封装是保护磁电材料和电极的外壳，通常采用环氧树脂或金属外壳进行封装。
相关电路：相关电路包括放大电路、滤波电路和输出电路等，用于放大和处理磁电材料产生的电场信号，提供给外部电路使用。
4. 磁电式传感器的工作原理磁电式传感器的工作原理基于磁电效应和电磁感应的原理。
当存在磁场时，磁电材料会产生相应的电场变化。
根据电磁感应原理，当磁场的强度或方向发生变化时，会在磁电材料中产生电动势。
磁电感应式传感器的应用课件
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。
常见磁传感器及原理和应用
基本补偿电路 霍尔元件的不等位电势补偿电路有很多形式。 图a是在造成电桥不平衡的电阻值较大的一个桥臂上并联RP，通过调节 RP 使电桥达到平衡状态，称为不对称补偿电路 图b相当于在两个电桥臂上并联调用电阻，称为对称补偿电路。
（a） 不对称补偿 （b） 对称电路
霍尔器件要点： 1、额定激励电流：霍尔元件温升10度时所施加的电流为额定激励电流IH； 2、零位电势：在额定控制电流下，无外加磁场时，霍尔器件电极之间的存在电势，或称为零位电位，主要原因霍尔电极的位置不在同一个等位面上，以及制作过程中引入应力， 3、温度特性：霍尔器件的电阻率和载流子的迁移率都是温度的函数。AlGaAs/InGaAs/GaAs和InAlAs/InGaAs/GaAs异质结构，灵敏度高温度系数低零位电势和温度变化一般通过电阻补偿方法解决
霍尔效应 霍尔效应最早是霍尔（Edvin Hall）于1879年发现的，但直到20世纪50年代，随着微电子技术的发展，霍尔效应才被重视和使用，并开发出多种霍尔效应器件。
洛仑兹力FM ：
霍尔电场EH ：
注：对无限长霍尔元件
对于实际有限长霍尔元件，需增加一个形状效应系数
基本概念
磁学量的单位
CGSE，又称静电单位制（electrostatic units）简称ESU 基本量为长度、质量和时间。基本单位为cm、g和s。 通过库仑定律，并令k＝1确定电荷单位，库仑。电场强度E、极化强度P和电位移D量纲都相同。 安培环路定律和法拉第电磁感应定律分别确定磁感应强度B和磁场强度H，量纲不同，真空中也不相等，真空磁导率μ0=1/c2。 CGSM，又称电磁单位制（electromagnetic units）简称EMU ，CGSM 制的基本量和基本单位与CGSM制的一样，但是确定电磁量单位的物理公式不同。它是通过安培-毕奥-萨伐尔定律 并令K=1确定电流单位， D和E具有不同的量纲，真空介电常数ε0=1/c2。 但B和H的单位相同，但通常B的单位称为高斯，H的单位称为奥斯特。磁导率μ是无量纲的。
【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
磁电传感器应用
磁电式传感器应用
一Leabharlann 磁电感应式传感器二
霍尔式传感器
一. 磁电感应式传感器
磁电感应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。由于它为非接触测量， 永不磨损，抗干扰能力强 ，可靠性高，寿命 长，且有较大的输出功率且性能稳定，因此 被广泛使用。磁电感应式传感器主要有来振 动速度传感器，扭矩传感器，转速传感器等.
二. 霍尔式传感器
霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被测 量、如电流、磁场、位移、压力等转换成电动势输出的一 种传感器。
霍尔元件
1. 霍尔式微位移传感器
①线位移测量 下图所示为一些霍尔式位移传感器的工作原理图。 图（a）是磁场强度相同的两块永久磁铁, 同极性相对 地放置, 霍尔元件处在两块磁铁的中间。由于磁铁中 间的磁感应强度B=0, 因此霍尔元件输出的霍尔电势UH 也等于零, 此时位移Δ x=0。若霍尔元件在两磁铁中产 生相对位移, 霍尔元件感受到的磁感应强度也随之改 变, 这时UH不为零, 其量值大小反映出霍尔元件与磁 铁之间相对位置的变化量, 这种结构的传感器, 其动 态范围可达 5 mm, 分辨率为 0.001mm。这种传感器灵 敏度很高, 但它所能检测的位移量较小, 适合于微位 移量及振动的测量 。
②角位移测量
2. 霍尔式转速传感器
图示为几种不同结构的霍尔式转 速传感器。 磁性转盘的输入轴与 被测转轴相连, 当被测转轴转动 时, 磁性转盘随之转动, 固定在磁 性转盘附近的霍尔传感器便可在 每一个小磁铁通过时产生一个相 应的脉冲, 检测出单位时间的脉 冲数, 便可知被测转速。磁性转 盘上小磁铁数目的多少决定了传 感器测量转速的分辨率。
磁电感应式传感器的应用课件
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
磁阻传感器的原理及应用
磁阻传感器的原理及应用1. 磁阻传感器的基本原理磁阻传感器是一种测量磁场强度的传感器，利用磁阻效应来实现对磁场的检测和测量。
其基本原理是通过材料的电阻随电流或磁场的变化而发生变化，利用磁阻元件来测量电阻的变化，从而间接地测量磁场的强度。
2. 磁阻传感器的工作原理磁阻传感器通常由磁敏感材料和电桥电路组成。
当外加磁场作用于磁敏感材料时，磁敏感材料的磁导率发生变化，进而改变了电阻的值。
这种磁敏感材料被称为磁阻元件，可以是磁电阻、磁电容或磁电感元件。
磁敏感材料的变化可以通过电桥电路进行检测和测量。
电桥电路由四个电阻组成，其中一个为磁敏感材料的磁阻元件。
当磁阻元件的电阻发生变化时，电桥电路会失去平衡状态，电桥的输出电压也会发生变化。
通过检测电桥的输出电压变化，就可以间接测量磁场的强度。
3. 磁阻传感器的应用领域3.1 汽车行业磁阻传感器在汽车行业的应用非常广泛，常用于车辆的刹车系统、转向系统和油门系统等。
例如，磁阻传感器可以测量刹车踏板的位置，以实现刹车灵敏度的调节；磁阻传感器也可以测量方向盘的转动角度，以实现转向灵敏度的调节。
3.2 工业自动化磁阻传感器在工业自动化领域也有广泛的应用。
例如，磁阻传感器可以测量机械装置的位置，以控制机械装置的运动轨迹；磁阻传感器也可以测量物体的磁场强度，以实现物体的非接触式检测。
3.3 医疗设备磁阻传感器在医疗设备中的应用越来越重要。
例如，磁阻传感器可以用于磁共振成像（MRI）设备中，测量磁场的强度和分布，以实现对人体内部结构的成像；磁阻传感器也可以用于心脏监护设备中，监测心脏的磁场变化，以实现对心脏活动的监测和诊断。
3.4 智能手机和电子设备磁阻传感器还广泛应用于智能手机和其他电子设备中。
例如，磁阻传感器可以用于手机的指南针功能，测量地球磁场的强度和方向；磁阻传感器也可以用于电子罗盘中，实现方向的测量和导航功能。
4. 总结磁阻传感器是一种基于磁阻效应的传感器，可以用于测量磁场的强度。
简述磁电式传感器的工作原理
简述磁电式传感器的工作原理磁电式传感器是一种将磁场信息转化为电信号的传感器，广泛应用在仪器仪表、自动控制、计算机信息处理、航空航天等领域。
其主要工作原理是基于磁电效应和霍尔效应。
磁电效应是指当磁性材料受到外界磁场的作用时，其中的自由电子将受到力的作用，从而在材料内部形成电势差。
这个电势差可以用来测量外部磁场的大小和方向。
磁电效应可以用来将机械运动转换为电信号，从而实现物理量的测量和控制。
霍尔效应是指电流通过横跨磁场的导体时，将在导体的两侧出现电势差。
这个现象的原理是基于洛伦兹力，即受到磁场作用的电荷将受到力的作用而被分离。
霍尔效应与磁电效应相似，也是将磁场信息转换为电信号的一种机制。
磁电式传感器通常通过霍尔效应测量磁场的强度和方向。
磁电式传感器一般由磁性材料、霍尔元件和信号处理电路组成。
在测量时，磁性材料将接收到外界的磁场，从而在其内部产生电势差。
电势差随后被传递给霍尔元件，经过元件内部的放大、滤波等信号处理，最终转换为可用的电信号。
这个电信号的大小和方向分别对应着外界磁场的强度和方向。
磁电式传感器有多种类型，包括线性磁电效应传感器、非线性磁电效应传感器、霍尔电流传感器、霍尔电压传感器等。
线性磁电效应传感器是一种用于测量弱磁场的传感器，可用于检测磁场的方向、大小和分布情况。
而非线性磁电效应传感器则适用于测量强磁场，如磁体在加热过程中的磁场分布。
霍尔电流传感器和霍尔电压传感器是基于霍尔效应进行测量的传感器，分别适用于测量电流和电压。
霍尔电流传感器将电流通过磁场，并测量电势差来计算电流大小，而霍尔电压传感器则通过测量霍尔元件两侧的电势差来计算电压大小。
这些传感器广泛应用在电力系统中，用于测量电流和电压，从而保障设备的安全运行。
磁电式传感器是一种重要的测量和控制元件，广泛应用于工业控制、科学研究、医疗设备等领域。
其工作原理基于磁电效应和霍尔效应，能够将磁场信息转化为电信号，实现对物理量的测量和控制。
磁电式传感器的优点在于具有高度的灵敏度和精度，且不会对被测物体产生影响。
电磁传感器的原理及其应用
电磁传感器的原理及其应用1. 电磁传感器的原理1.1 电磁感应现象•电磁感应是指导体中的电子受到磁场变化的影响，产生感应电流或感应电动势的现象。
•弗拉第定律描述了电磁感应现象：当导体中的磁通量发生变化时，通过该导体的电动势大小等于磁通量变化率的负值乘以导体的匝数。
1.2 电磁传感器的基本原理•电磁传感器利用电磁感应现象来检测和测量物理量。
•通常由一个线圈和一个铁芯构成，当线圈中的电流变化时，产生的磁场经过铁芯产生感应，从而实现对物理量的测量。
1.3 常见的电磁传感器类型•磁力传感器：通过测量磁场的变化来检测磁力。
•磁角度传感器：通过测量磁场中磁场角度的变化来检测角度。
•磁导率传感器：通过测量材料磁导率的变化来检测材料性质或测量物品的成分。
•磁场传感器：通过测量磁场强度来检测物体的位置、速度和方向。
2. 电磁传感器的应用2.1 工业领域•电磁传感器广泛应用于工业控制领域，如旋转测量、流量测量、位置检测等。
•通过测量电磁传感器生成的电磁场的变化，可以实现对工业生产过程中各种物理量的测量和控制。
2.2 汽车领域•电磁传感器在汽车领域中的应用也非常广泛。
•在车辆的引擎控制系统中，电磁传感器可以用于测量转速、油门位置、氧气浓度等参数，从而实现对引擎性能的监测和控制。
2.3 医疗领域•在医疗设备中，电磁传感器可以用于检测患者的生物信号，如心电图、脉搏等。
•通过将电磁传感器与其他医疗设备相结合，可以实现对患者的监测和诊断。
2.4 环境监测领域•电磁传感器也可以应用于环境监测领域，如测量大气中的气体浓度、土壤中的湿度等。
•通过将电磁传感器部署在环境中，可以实时监测环境参数，用于环境保护和灾害预防。
3. 电磁传感器的优势和局限性3.1 优势•电磁传感器具有灵敏度高、精度高的特点，可以进行精确的测量和监测。
•电磁传感器体积小、响应速度快，适用于各种复杂环境。
•电磁传感器可以通过无线方式传输信号，方便使用和安装。
3.2 局限性•电磁传感器对外界电磁干扰较为敏感，需要注意屏蔽和抗干扰措施。
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
磁电式传感器解析,磁电式传感器的原理结构及其应用
磁电式传感器解析，磁电式传感器的原理结构及其应用
磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。
它能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种无源传感器。
磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器，它只适合进行动态测量。
由于它有较大的输出功率，故配用电路较简单；零位及性能稳定。
磁电式传感器的原理结构磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器，它只适合进行动态测量。
由于它有较大的输出功率，故配用电路较简单；零位及性能稳定；
利用其逆转换效应可构成力（矩）发生器和电磁激振器等。
根据电磁感应定律，当W匝线圈在均恒磁场内运动时，设穿过线圈的磁通为，则线圈内的感应电势e与磁通变化率d/dt 有如下关系：
根据这一原理，可以设计成变磁通式和恒磁通式两种结构型式，构成测量线速度或角速度的磁电式传感器。
下图所示为分别用于旋转角速度及振动速度测量的变磁通式结构。
变磁通式结构
（a）旋转型（变磁））；（b）平移型（变气隙）
其中永久磁铁1（俗称磁钢）与线圈4均固定，动铁心3（衔铁）的运动使气隙5和磁路磁阻变化，引起磁通变化而在线圈中产生感应电势，因此又称变磁阻式结构。
变磁式结构
在恒磁通式结构中，工作气隙中的磁通恒定，感应电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。
这类结构有两种，如下图所示。
图中的磁路系统由圆柱形永久磁铁和极掌、圆筒形磁轭及空气隙组成。
气隙中的磁场均匀分布，测量线圈绕在筒形骨架上，经膜片弹簧悬挂于气隙磁场中。
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。
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励源电压，也可以用于测量能转换为电流的其他物理量。
2．UH—B 特性
当KH 和I 为定值时，霍尔电压UH 与磁场B 具有单值 关系，在磁不饱和时（一般B小于0.5T） UB 与B 具有线性
关系。利用这一特性，霍尔元件可用于测量交、直流磁感
应强度或磁场强度；若B 为一个均匀梯度的磁场，则霍尔
传感器
图7－2 霍尔元件电路符号
由式（7－2）可知，要使霍尔元件有较高的灵敏度，
必须要求霍尔元件材料有较大的霍尔常数。霍尔常数RH 等
于材料的电阻率与电子迁移率的乘积，金属材料电子迁移 率大，但电阻率很小；绝绝材料电阻率极高，但载流子迁 移率极低；只有半导体材料适于作霍尔元件，其电阻率和 载流子的迁移率都比较大。目前常用的半导体材料有硅、 锗、锑化铟和砷化铟等，这些材料不但有较大的霍尔常数， 而且有较好的线性度传。感器基本原理和应用第七章磁电
电压UB 取决于霍尔元件在磁场中的位置，从而实现微位
移及可转换为微位移传的感器压基本力原理、和应加用第速七章度磁电、振动等非电量的测
量。
传感器
3．UH—IB 特性
利用UH 与IB 的乘积关系，霍尔元件可作成乘法器， 当控制电流I 和磁场B 为同一电源激励时，可利用霍尔元
件进行电源输出功率的测量。
4．开关特性
f
H
L b
—霍尔元件形状系数
d —霍尔元件厚度（m） L —霍尔元件长度（m） b —霍尔元件宽度（m） I —控制电流（A） B —磁感应强度（特斯拉T，即Wb/m2）
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
令
KH
RH d
fHbL
则（7－2）改写为
UH KHIB
，称之为霍尔元件灵敏度， （7－3）
第七章 磁电传感器
第一节 霍尔传感器
一、霍尔效应
二、霍尔元件的基本特性
三、测量电路
四、误差及其补偿
五、集成霍尔传感器
六、霍尔传感器的应用
第二节 磁敏电阻
一、磁阻效应
二、磁敏电阻的基本特性
三、磁敏电阻的应用
第三节 磁敏二极管和磁敏三极管
一、磁敏二极管
二、磁敏三极管 传感器基本原理和应用第七章磁电
三、磁敏管的应用
可见，当霍尔元件的半导体材料性能及几何尺寸确定
后，霍尔元件的输出电压UH 正比于控制电流I 和磁感应强 度B 。
二、霍尔元件的基本特性 霍尔元件是由具有霍尔效应的半导体薄片、电极引 线及壳体组成，其电路符号如图7－2所示。图中两短边引 线通入控制电流，两长边引线输出霍尔电压；霍尔元件的 壳体由非导磁金属、传陶感器瓷基本或原理环和应氧用第树七章脂磁电封装而成。
霍尔元件霍尔效应的建立时间极短（10－12～10－14 S），适宜于作高频信号的检测或无触点开关，利用这一 特性，霍尔元件可用于制作计数器或转速计。
5．集成特性
霍尔元件具有结构简单、体积小、无活动部件，便于 与测量电路一起作成集成霍尔传感器。
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
三、测量电路
霍尔元件基本测量电路如图7－4所示。霍尔电压UH 一般为毫伏数量级，因而实际应用时霍尔效应输出电压UH
FE 表示该霍尔电场的电场力；当霍尔电场力FE 与洛伦兹 力FL 相等时，电荷积累达到动态平衡。
FE=qEH=Uh / b
F L q v F B E q U hb /
I=-nqvbd
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
霍尔电压UH 的大小为
UH
RH d
IBH f
L b
（7－2）
式中 RH —霍尔常数（m3/c）
传感器
第七章 磁电传感器
磁电传感器可分为两大类，一类是基于铁芯线圈电磁 感应原理的磁电感应式传感器，一类是基于半导体材料磁 敏效应的磁敏传感器。本章将介绍目前常见的几种半导体 材料磁敏效应器件及其传感器，即霍尔元件、磁敏电阻、 磁敏二极管及磁敏三极管。
第一节 霍尔传感器
霍尔是美国的一位物理学家，他在1879年首先在金属 材料中发现了霍尔效应，但由于金属材料的霍尔效应太弱 而没有得到应用，后来人们发现某些半导体材料的霍尔效 应十分显著，因而制成相应的霍尔元件，广泛用于电磁测 量、计数器、转速计、位移及无触点开关等。
霍尔元件在控制电流I=0或磁场B=0时出现的霍尔电压 ΔUH ，称之为零位误差。引起零位误差的原因主要有如下
三个因素。 （1）直流寄生电势
霍尔元件控制电流或霍尔电压两引线电极焊点大小不 等、热容量不同,或接触不良、欧姆电阻大小不等，因而 引起温差电势。提高电极焊点结构上的对称性，保持电极
引线接触良好，且散热条件相同，可以减小这种直流寄生
传感器
常用半导体材料的特性
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
由这些半导体材料制成的霍尔元件在应用时都具有如
下几个基本特性。
1．UH—I 特性
当KH 和B 为定值时，在一定的温度下，霍尔电压UH 与控制电流I 有较好的线性关系，此时I 对UH 有较高的灵
图7－1中，v 表示半导体中电子在控制电流I作用下 的运动方向和速度，FL 表示电子受到磁场的洛伦兹力 ，
其大小为
FL qv B(7-Fra bibliotek)式中q 为电子的电荷量， FL 方向符合左手掌定则, 运动电子在洛伦兹力FL 的作用下，电子以抛物线形式向一
侧运动，致使在霍尔元件的两长边积累起等量的正、负电 荷，形成霍尔电场，该电场对随后的电子施加一电场力FE
要接差动放大器；根据霍尔元件工作条件不同，霍尔电压
可以是线性量或开关量，因而其测量电路可能是线性型或
开关型。
（a）线性型 传感器基本原理和应用第七章磁电
（b）开关型
图7－4 霍尔传感元器件测量电路
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
四、误差及其补偿
1．零位误差及其补偿
电势。 （2）寄生感应电势
当控制电流I 为交变电流时,此电流形成的交变磁场
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
一、霍尔效应
如图7－1所示，在(金属）半导体薄片上垂直施加磁 场B，在薄片两短边b方向通入控制电流I，则在薄片两长 边L方向产生电动势，这种现象称之为霍尔效应，该电动
势称为霍尔电压UH ，该半导体薄片称为霍尔元件。
图7－传感1器基霍本原尔传理感和效器应用应第原七章理磁电图