第6章磁电式传感器-课件

➢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6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
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。
磁电转速传感器的工作方式
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。
机
电
械
磁电式传感器
能
量
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，
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
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.3 测量电路
➢ 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；
u0(t)
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
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
•
接入微分电路可测量加速度信号。
esv x vt
a
ຫໍສະໝຸດ Baidu
dv dt
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 0 Ii If ui /R
设电容上初始电压为零，输出电压是输入电压对时间积分
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
变化。
恒磁通式
变磁通式
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
此处加标题
第6章磁电式传感器
眼镜小生制作
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
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。
➢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。
显示器
u
传
感
υ
器
滤波
放大 检波
告警 电路
告警
ωt
机械振动监视系统原理框图
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
第6章 磁电式传感器
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动体的振动速度。
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：
②动钢型
线圈与壳体固定
动圈型
传感器原理及应用
动钢型
恒磁通式测振动
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
传感器原理及应用
• 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
（b）闭磁路
第6章 磁电式传感器
-
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
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。
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
➢ 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 e v
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
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
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；