第4章磁敏传感器讲解材料

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讲义磁传感器.ppt

若磁场值固定，则： VH＝KI I
KI——电流灵敏度，电流灵敏度等于霍耳元件在单位磁感应强度下电流对应的霍耳电势值。
3、额定电流：霍耳元件的允许温升规定着一个最大控制电流。
4、最大输出功率在霍耳电极间接入负载后，元件的功率输出与负载的大小有关，当霍耳电极间的内阻R2等于霍耳负载电阻R3时，霍耳输出功率为最大。
势的方向也改变。
霍耳电但当磁场与电流同时改变方向时，
势并不改变方向。
（三）霍耳磁敏传感器（霍耳器件）
电流极
D
A
B
5.4
2.7
霍耳电极
2.1
s d
w
D
R1 R2
C
A
B
l
0.2 0.3 0.5 （a）
R4 （b）
R4 R3 C
（c）
霍耳器件片
(a)实际结构(mm)；(b)简化结构；(c)等效电路外形尺寸:6.4×3.1×0.2;有效尺寸：5.4×2.7×0.2
VH=KHBI KH——乘积灵敏度，表示霍耳电势VH与磁感应强度B和控制电流I乘积之间的比值，通常以mV/(mA·0.1T)。因为霍耳元件的输出电压要由两个输入量的乘积来确定,故称为乘积灵敏度。
若控制电流值固定，则：
VH＝KBB
KB——磁场灵敏度，通常以额定电流为标准。磁场灵敏度等于霍耳元件通以额定电流时每单位磁感应强度对应的霍耳电势值。常用于磁场测量等情况。
设 KH=RH / d
VH＝ KH I B
KH—霍耳器件的乘积灵敏度。它与载流材料的物理性质和几何尺寸有关，表示在单位磁感应强度和单位控制电流时霍耳电势的大小。
若磁感应强度B的方向与霍耳器件的平面法线夹角为θ时，霍耳电势应为：

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。

磁敏传感器PPT讲稿

f洛
ev
B
Z
y
B
A
电子电场力 fe eEH
f洛 fe EH vB
I
a
E
I
HB
f洛 I
+++++++++++++++++++++f+e++ A
x
d
EH
UH a
U H avB
I nevad
U H
1 ne
IB d
q<0 q>0
Z
y
B
A
I
a
E
I
HB
f洛 I
+++++++++++++++++++++f+e++ A
时，R1、R2、R3、R4的电阻分别变为：
R1 R4 R Rk
R2 R3 R Rk
UB
UC
R2 R1 R2
E
E 2R
(R
Rk )
UD
UC
R4 R3 R4
E
E (R 2R
Rk )
U 0 U B U D kE
4.1 霍尔元件
• 霍尔效应 • 霍尔元件 • 工作电路 • 电磁特性 • 误差分析及补
磁敏传感器课件
如图，电源电动势为E， R1、R2 、R3、R4为电阻应变片，在没有外力作用时，R1=R2=R3=R4=R0。当存在外力作用时，R1与R4的相对变化量为：

磁敏式传感器.课件

06
磁敏式传感器的发展趋势与展望
新材料的应用
高磁导率材料
01
利用具有高磁导率的材料，提高磁敏式传感器的灵敏度和响应
速度。
稀有金属材料
02
采用稀有金属材料，如稀土元素，以改良传感器的性能和稳定
性。
复合材料
03
通过将不同材料的优点结合，开发出具有优异性能的复合磁敏
材料。
新工艺的研发
薄膜工艺
利用薄膜工艺制备超薄、高灵敏度的磁敏元件，提高传感器的精度和稳定性。
磁通元件
利用磁通效应，将磁场变化转化为电压变化，从而检测磁场强度。
信号处理电路
01
02
03
放大器
将磁敏元件输出的微弱信号进行放大，提高信号的信噪比。
滤波器
对信号进行滤波处理，去除噪声干扰，提高信号的稳定性。
调制解调器
将磁敏元件输出的模拟信号转换为数字信号，便于后续处理。
输出装置
显示器
位置检测
位置检测概述
位置检测是控制系统中不可或缺的一环，磁敏式传感器可用于位置检测。
位置检测原理
磁敏式传感器通过检测磁场的变化，判断物体的位置和运动轨迹。
位置检测应用
在机器人、自动化生产线、医疗器械等领域，位置检测的应用越来越广泛。
位置检测优缺点
磁敏式传感器具有非接触、精度高等优点，但也存在对环境磁场干扰敏锐等缺点。
具有较高的灵敏度。
线性输出
磁敏式传感器的输出信号与磁场强度成线性关系，使得测量结果更为准确可靠。
稳定性好
经过特殊工艺处理，磁敏式传感器具有较好的温度特性和长期稳定性。
抗干扰能力强
由于磁场不易受到电场、温度等因素的干扰，因此磁敏式传感器在复杂环境下仍能保持较

第4章磁敏传感器-PPT课件

0
得
RL

Ro0

1
2019/7/5
传感器原理及应用
第4章磁敏传感器
3、采用恒压源和输入回路串联电阻 4、采用温度补偿元件(如热敏电阻、电阻丝等)
2019/7/5
传感器原理及应用
第4章磁敏传感器
2019/7/5
传感器原理及应用
第4章磁敏传感器
霍尔元件不等位电势 U 0的温度补偿
B=0 欧姆表
2019/7/5
传感器原理及应用
第4章磁敏传感器
（4）基本特性
UH＝ KH I B
直线性：指霍尔器件的输出电势UH分别和基本参数
I、U、B之间呈线性关系。
灵敏度KH：
乘积灵敏度：
霍尔元件的输出电压要由磁感应强度B和控制电流
I的乘积来确定,表示霍尔电势UH与两者乘积之间的比
值，通常以mV/(mA·0.1T)。
简单、测量精度差、受外界干扰大
IC VH
I
B
2019/7/5
传感器原理及应用
第4章磁敏传感器
（2）导线贯穿磁芯法
导磁铁芯
环形铁芯集中磁力线，提高电流测量精度
（3）绕线法
I
通电导线
• 该电场产生的电场力fE 阻止电子继续偏转。
当fEfl 时，电荷积累平达衡到。
fl e(vB) fEeE
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传感器原理及应用
第4章磁敏传感器
fle(vB )fEeE
EvBU bHEvBUHbvB
Inebd
U HB bn Ie B dR HId BK H IBRH
2019/7/5
传感器原理及应用

传感器课件刘笃仁版第4章磁敏传感器 .ppt

第4章
4.1.2 磁阻效应
I
将一载流导体置
于外磁场中，除了产
生霍尔效应外，其电
B
阻也会随磁场而变化。
这种现象称为磁致电
阻效应，简称为磁阻
效应。
b
I
B l
2020/10/23
第4章第7页共157页
第4章
在磁场中，电流的流动路径会因磁场的作用而加长，使
得材料的电阻率增加。若某种金属或半导体材料的两种载流
按其结构可分为体型和结型两大类。体型的有霍尔传感器，其主要材料InSb(锑化铟)、InAs （砷化铟）、Ge（锗）、Si、GaAs等和磁敏电阻InSb、InAs。结型的有磁敏二极管Ge、Si,磁敏晶体管Si
应用范围可分为模拟用途和数字用途。
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第4章
4.1.1 有一如图4.1所示的半导体薄片，若在它的两端通以
UHKHIB cos
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第4章第15页共157页
第4章
4.2.2 霍尔元件的结构很简单，它由霍尔片、引线和壳体组
成。霍尔片是一块矩形半导体薄片，一般采用N型的锗、锑化铟和砷化铟等半导体单晶材料制成，见图4.2。在长边的两个端面上焊有两根控制电流端引线（见图中1，1′），在元件短边的中间以点的形式焊有两根霍尔电压输出端引线（见图中2，2′）。焊接处要求接触电阻小，且呈纯电阻性质（欧姆接触）。霍尔片一般用非磁性金属、陶瓷或
磁敏传感器主要是利用霍尔效应及磁阻效应原理构成的。构成磁敏传感器的敏感元件有霍尔元件、磁阻元件、磁敏晶体管、磁敏集成电路。
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第4章第2页共157页
第4章
4.1 磁敏传感器的物理基础——霍尔、磁阻、形状效应

磁敏传感器介绍说明

长和日臻完善的这几十年中，质量、品种、产量都急速地上升，居于包括各
种半导体磁场传感器在内的各种磁场传感器使用数量的首位，全世界对它的
需求量达10亿只/年以上。但是，许多高精度应用对它们提出了越来越高的
要求，如更高的灵敏度，更低的失调电压（Offset Voltage）
磁敏二极管的灵敏度，可比霍尔器件高上1000倍，但它的输入和输出是
4、磁敏场效应管
将MOS场效应管的漏极做成对
称分离的Dl和D2(当然也可多于两
个漏极)。未加磁场时，漏极电流
ID1=ID2=ID/2，加上垂直于芯
片表面的磁场后，由于洛仑兹力的
偏转作用，使ID1≠ID2，ID1增大
多少，ID2就减小多少，ID1-ID和
外加磁场成比例，可作为磁场的量
度。
5、磁敏晶体管
个电场力，这个电场力会拒斥继续偏转过来的载流子，直到电场力和洛仑兹力相等，
建立一种动态平衡。这时，在半导体片两侧会产生电位差，这便是霍尔效应。
霍尔器件即是根据霍尔效应原理设计的磁场敏感元件，其中CCl和CC2为电流电极，
Sl和S2叫敏感电极，在CCl和CC2间通入工作电流I，在与芯片表面垂直的方向加上磁
一:引言
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
VH=mn GBV
（2）
式中：mn—在磁场作用下的载流子迁移率，又称霍尔迁移率。在n型材料中， mn

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

传感器章磁敏传感器优秀课件

栅格磁阻器件既增加了零磁场
I
电阻值、又提高了磁阻器件的
灵敏度。
B
磁敏电阻的灵敏度一般是非线性的，且受
温度影响较大；因此，使用磁敏电阻时．必须首先了解如下图所示的持性曲线。然后，确定温度补偿方案。
磁阻元件的电阻值与磁场的极性无关，它只随磁场强度的增加而增加
磁阻元件的温度特性不好，在应用时，一般都要设计温度补偿电路。
两组电桥的输出电压相位相差90度
两组电桥制作成相差45度分布，输出信号相差90度
可判别角度方向
转速传感器传感器与调理电路
安装
工作原理输出方波—— 频率信号
各向异性磁阻传感器(AMR)
原理： *Anisotropic Magnetoresistive Effect——各向异性磁
芯片内的惠斯通电桥
各向异性磁阻传感器 HMC1002
HoneyWell公司的HMC1002 特性： *响应时间短（可以测高频交变磁场） *测量精度高（达10^(-8)T) *有两个敏感轴，可确定平面内大小方
向芯片体积小，定位较准确
芯片管脚排布
HMC1052磁阻传感器由两个AMR 传感器(各向异性磁阻传感器) 整合在一起,可以把任何水平方向的磁场分解为X , Y 两个方向的矢量。
阻效应
各向异性磁阻传感器是将铁镍合金薄膜沉积在硅基底上构成的，沉积的时候薄膜以条带的形式排布，形成一个平面的线阵以增加磁阻的感知磁场的面积。
当外部磁场加到这样的铁磁性薄膜上的时候，磁畴旋转，改变空间取向，这样使得薄膜条带构成的线阵的表观电阻发生改变。具体的说，电桥的相对的两个臂上的电阻增大，而另外两只相对的臂上的电阻减小，就反应在电桥电压输出的改变上。

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

磁敏式传感器资料

其他应用场景
电机电流监测
在电机控制系统中，磁敏式传感器可以监测电机的电流大小和变化，用于过流保护和电机控制。
磁场异常检测
在某些特定应用中，如磁共振成像、核磁共振等，磁敏式传感器可以用于检测磁场异常和信号变化。
04
磁敏式传感器的技术参数
灵敏度与分辨率
灵敏度
磁敏式传感器对磁场变化的响应程度，通常以输出电压或电流表示。高灵敏度传感器能够检测微弱的磁场变化，提高测量精度。
根据实际测量需求选择合适的测量范围，确保传感器能够准
确检测目标磁场。
灵敏度
选择高灵敏度的传感器，能够更好地检测微弱磁场变化，提高测量精度。
线性度
选择线性度好的传感器，能够减小测量误差，提高测量准确性。
稳定性
选择稳定性好的传感器，能够保证长期使用过程中性能稳定
，降低误差。
使用方法与步骤
安装
02
磁敏式传感器概述
定义与工作原理
定义
磁敏式传感器是一种能够检测磁场变化的传感器，通过将磁场变化转换成电信号，实现对磁场参数的测量。
工作原理
磁敏式传感器利用磁敏元件（如霍尔元件、磁阻元件等）感知磁场的变化，通过内部的电路将磁场信号转换成电信号输出。
分类与应用
分类
磁敏式传感器根据工作原理和结构可分为霍尔元件、磁阻元件、磁通门等类型。
维护与保养建议
定期检查
定期检查传感器的外观、连接线和固定情况，确保传感器正常工作。
清洁
定期清洁传感器表面，保持清洁状态，避免灰尘和污垢影响测量精度。
更换元件
如发现传感器内部元件损坏或老化，应及时更换，保证传感器性能稳定。
存储
在长期不使用时，应将传感器存放在干燥、避光的地方，避免潮湿、高温和腐蚀等环境因素影响传感器的性能和使用寿命。

《磁敏传感器》PPT课件 (2)

纸币
Vout
3
N
S
（a）
图2
（b）
03
10
B(KGS)
ΔRB/R0|B=3kGs≥2.5倍
第四章磁敏传感器
• 半导体磁敏电阻工作原理：
B FL
⊖⊕
B
d
⊖
⊕
⊖
⊕
⊖
⊕
⊖ FHall ⊕
I
I
I
VＨａｌｌ
Fm = －q v B
EH＝ j B / n q ＝ RH j B
VH ＝ RH I B / d μ ＝ RH σ
• 磁敏电阻传感器是利用薄膜化的磁电阻敏感元件非接触地将与磁场变化相关的多种运动形式转化为电信号输出，形成的各种各样传感器:
•
半导体磁电阻材料
•低维功能磁电阻材料
•
•
(GMR)
各向异性磁电阻薄膜材料
(AMR)
巨磁电阻薄膜材料
第四章磁敏传感器
三、磁敏电阻器件的特性：
⑴ 永磁体与MR元件非接触，无触点； ⑵ 无磨损，无接触电噪声； ⑶ 电性能寿命无限； ⑷ 纯电阻元件，响应速度从静态到10－9秒，反响迅
H(Oe)
第四章磁敏传感器
三、自旋阀磁电阻薄膜
Fe/Cu/Fe 薄膜
衬底
磁场
电流
第四章磁敏传感器
第四章磁敏传感器
四、多层膜磁电阻薄膜
(Fe/Cu)30 膜
Fe
Cu
衬底
磁场
电流
第四章磁敏传感器
第四章磁敏传感器
五、颗粒膜
Ag80Co20 薄膜
：Co 颗粒
衬底
电流磁场
第四章磁敏传感器

2019年-第4章磁敏传感器-PPT精选文档

2019/4/12
传感器原理及应用
第4章磁敏传感器
四、主要技术参数及特性
（1）额定激励电流 IH ——霍尔元件的允许温升规定着一个最大控制电流。（2）不平衡电势U0 不等位电势、零位电势 ——IH、B=0、空载霍尔电势原因：两个霍尔电极不在同一等位面上材料不均匀、工艺不良（3）输入电阻Ri 、输出电阻R0 Ri —— 控制电流电极间的电阻 B=0 欧姆表
灵敏度低、温度特性及线性度好灵敏度最高、受温度影响大
2019/4/12
传感器原理及应用
第4章磁敏传感器
C A B A C H B A D C B
D
D
霍尔器件符号
霍尔晶体的外形为矩形薄片有四根引线。
电流端子A、B称为器件电流端、控制电流端。端子C、D称为霍尔端或输出端。实测中可把I*B作输入，也可把I或B单独做输入；通过霍尔电势输出测量结果。
A
D
5.4 2.7
霍尔电极
B
2.1
s
d
w
C l
0.2 0.3
R1
D
R2 B
A
0.5
（a）（b）
R4
R4
C （c）
R3
(a)实际结构(mm)；(b)简化结构；(c)等效电路外形尺寸:6.4×3.1×0.2;有效尺寸：5.4×2.7×0.2
2019/4/12
传感器原理及应用
第4章磁敏传感器
材料：锗、硅、砷化镓、砷化铟、锑化铟
磁感应强度下电流对应的霍尔电势值。
2019/4/12
传感器原理及应用
第4章磁敏传感器
五、基本电路
I
B V
IH R3 VH
R

磁敏传感器PPT课件

l b
形状效应系数磁敏元件的长度
磁敏元件的宽度△
这种由于磁敏元件的几何尺寸变化而引起的磁阻大小变化的现象，叫形状效应。
.
32
磁阻元件是利用半导体的磁阻效应和形状效应研制而成。
(1)长方形磁阻元件
其长度L大于宽度b，在两端部制成电极，构成两端器件
.
33
在电场和磁场相互垂直得固体中电子的运动
.
UB、IB——磁场为B时，磁敏二极管两端流过的电压和电流
.
11
3.温度补偿及提高灵敏度的措施
①互补式电路
温度特性曲线
.
12
②差分式电路
.
13
③全桥式电路
要求:灵敏度高
用交流电源或脉冲电压源
.
14
二.磁敏三极管的工作原理和主要特性
1.结构和原理电路符号:
结构:
.
15
工作原理:
a.无磁场: 集电极电流小,基极电流大
⑥工作电压 3V ~ 几十V
.
20
3.温度补偿及提高灵敏度的措施 ①负温度系数管
用正温度系数普通硅三极管
.
21
②正温度系数管(3BCM)
.
22
③选择特性一致,磁性相反
差分式补偿电路
.
23
三﹑磁敏管的应用
漏磁探伤仪的原理如图：
a.钢棒被磁化局部表面时，若无缺陷，探头附近没有泄漏磁通，无信息输出 b.缺陷处的泄漏磁通将作用于探头上，使其产生输出信号
b.加正向磁场洛仑兹力,基极电流加大, 集电极电流更小
c.加反向磁场洛仑兹力,集电极电流加大
.
16
2.磁敏三极管主要特性 ①伏安特性
.

《磁敏传感器介绍》课件

磁敏传感器在工厂自动化、机器人技术和生产线控制中起到关键作用。
2 汽车行业
用于车辆导航、制动系统、空调系统和倒车雷达等汽车应用中。
3 医疗设备
4 消费电子
应用于MRI机器、心脏起搏器和血液测量等医疗设备中。
用于智能手机、平板电脑和游戏手柄等消费电子产品中。
磁敏传感器的性能评价指标
1 灵敏度
磁敏传感器的分类和类型
磁电传感器
利用磁电效应将磁场转换为电信号，如霍尔传感器和磁电电流传感器。
磁阻传感器
根据磁场的磁阻变化来测量磁场强度，如磁阻式位置传感器和磁阻角度传感器。
磁感应传感器
利用磁感应效应测量磁场强度和方向，如磁感应式位置传感器和磁感应式角度传感器。
磁敏传感器的应用领域
1 工业自动化
磁敏传感器介绍
欢迎来到《磁敏传感器介绍》PPT课件。本课程将为您详细介绍磁敏传感器的定义、原理和应用领域，以及评价指标和创新技术。让我们一起探索这个引人入胜的领域！
磁敏传感器的定义和原理
磁敏传感器是一种能够检测和测量磁场强度和磁场变化的设备。它们基于磁敏效应工作，如霍尔效应、磁电效应和磁致伸缩效应。这些传感器在广泛的应用中发挥着关键的作用。
3
低功耗
优化电路设计和材料选择以降低功耗。
磁敏传感器的创新技术
量子磁敏传感器
利用量子效应实现更高灵敏度和更低功耗的磁敏传感器。
人工智能应用
结合人工智能算法分析传感器数据，提高复杂环境下的性能。
物联网集成
将磁敏传感器与物联网技术相结合，实现智能化和远程监测。
总结和展望
通过本课程，我们了解了磁敏传感器的定义、原理、分类、应用领域、性能评价指标以及创新技术。未来，随着技术的不断发展，磁敏传感器将在更多领域发挥关键作用，带来更多惊喜和突破。

传感器教学课件第4章磁传感器6-7

实际中：用圆柱形玻璃容器装满水样品或含氢质子液体，作为灵敏元件，在容器周围绕上极化线圈和测量线圈或共用一个线圈，使线圈轴向垂直于外磁场T方向。
第六节质子旋进式磁敏传感器
当去掉极化场H，质子磁矩则以拉莫尔旋进频率绕外磁场旋进。
y
υ
感应信号衰减示意图
M衰减示意图
T2
x
M
t ω=γ T
当质子磁矩在旋进过程中切割线圈，使线圈环绕面积中的磁通量发生变化，于是在线圈中就产生感应电动势。
主要优点：
◆精度高，一般在（0.1~10）nT范围内； ◆稳定性好（因旋磁比γp是一常数，其值只与质子本身有关，它的值与外界温度、压力、湿度等因素均无关）； ◆工作速度快，可直读外磁场值； ◆绝对值测量
缺点是：极化功率大，只能进行点测；受磁场梯度影响较大。
第六节质子旋进式磁敏传感器
第六节质子旋进式磁敏传感器
0.01nT。应用：航空、地面、测井等方面的磁法勘探，在军事上，也可用于寻找地下武器（炮弹、地雷等）和反潜。还可用于预报天然地震及空间磁测等。
1
第五节磁通门式磁敏传感器
一、磁通门式磁敏传感器的物理基础
1、磁滞回线和磁饱和现象
B
➢磁饱和现象 ➢饱和磁感应强度Bs ➢饱和磁场强度Hs
➢最大剩磁Br
学价的性质分析得知：水分子磁矩
（即氢质子磁矩）在外磁场作用下绕外磁场旋进。
α
自旋轴
自旋的质子
质子的旋进频率: f = γp T /2π
γp 为质子旋磁比；T为外磁场强度
带电粒子自旋产生磁矩
第六节质子旋进式磁敏传感器
质子的磁矩M在外磁场T的作用下，绕着磁场T旋进，它的轨迹描绘出一个圆锥体，旋进的角频率为ω，称为拉莫尔频率（Larmor Frequency）。

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EvBU bHEvBUHbvB
In e b d
U H B bn Ie B dR HId BK H IBRH
1 ne
式中：ρ—电阻率、n—电子浓度 μ—电子迁移率μ=υ/E
单位电场强度作用下载流子运动速度。
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传感器原理及应用
第4章磁敏传感器
• 在半导体前后两端面之间(即垂直于电流和磁
VH＝ KH I B cosθ
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第4章磁敏传感器
电流极三、霍尔元件的结构
霍尔电极
D
A
B
s
5.4
2.7
C
0.2 0.3 0.5 （a）
2.1
w
A
l
R4
（b）
d
D R1 R2
B
R4 R3 C
（c）
(a)实际结构(mm)；(b)简化结构；(c)等效电路
外形尺寸:6.4×3.1×0.2;有效尺寸：5.4×2.7×0.2
➢端子C、D称为霍尔端或输出端。
➢实测中可把I*B作输入，也可把I或B单独做输入；通过霍尔电势输出测量结果。
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四、主要技术参数及特性
（1）额定激励电流 IH ——霍尔元件的允许温升规定着一个最大控制电流。
（2）不平衡电势U0 不等位电势、零位电势 ——IH、B=0、空载霍尔电势
敏度等于霍尔元件通以额定电流时每单位磁感应强度对应的霍尔电势值。常用于磁场测量等情况。
若磁场值固定，则： UH＝KI I KI——电流灵敏度，电流灵敏度等于霍尔元件在单位
磁感应强度下电流对应的霍尔电势值。
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五、基本电路
IH
I
B
V
控制电流I； R3 VH 霍尔电势VH；
I、U、B之间呈线性关系。
➢灵敏度KH：
乘积灵敏度：
霍尔元件的输出电压要由磁感应强度B和控制电流
I的乘积来确定,表示霍尔电势UH与两者乘积之间的比
值，通常以mV/(mA·0.1T)。
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第4章磁敏传感器
若控制电流值固定，则： UH＝KBB KB——磁场灵敏度，通常以额定电流为标准。磁场灵
原因：两个霍尔电极不在同一等位面上材料不均匀、工艺不良
（3）输入电阻Ri 、输出电阻R0 Ri —— 控制电流电极间的电阻 R0 —— 输出霍尔电势电极间的电阻
B=0 欧姆表
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（4）基本特性
UH＝ KH I B
➢直线性：指霍尔器件的输出电势UH分别和基本参数
特点：性能差，适用于对精度要求不高的地方性能差的原因：霍尔元件输入电阻随温度变化和
磁阻效应的影响。 2、恒流工作:
特点：充分发挥霍尔传感器的性能；没有霍尔元件输入电阻随温度变化和磁阻效应的影响。 3、差分放大：特点：能去除霍尔输出的同相电压
兹力)而发生偏转，结果在半导体的后端面上电子积累带负电，而前端面缺少电子带正电，在前后断面间形成电场。
• 该电场产生的电场力fE 阻止电子继续偏转。
当fEfl 时，电荷积累平达衡到。
fl e(vB) fEeE
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fl e (v B ) fE e E
第4章磁敏传感器
第4章磁敏传感器
二、霍尔元件工作原理：
如图所示N型半导体薄片，于垂直方向上施加磁
感应强度为B的磁场，在薄片左右两端通以控制电
流I。
B
UH
fl
b
v
fE
d
I
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分析：
• 半导体中的载流子(电子)将沿着与电流I相反的方
向运动。
• 由于外磁场B的作用，使电子受到磁场力fL(洛仑
➢ 由上式可见，厚度d越小，霍尔灵敏度KH越大，所以霍尔元件做的较薄，通常近似1微米(d≈1μm)。
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注：
1、当电流I的方向或磁场的方向改变时，输出电势的方向也将改变；但当两者的方向同时改变时输出电势不改变方向。
2、如果磁场和薄片法线有θ角，那么：
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材料：锗、硅、砷化镓、砷化铟、锑化铟
灵敏度低、温度特性及线性度好
灵敏度最高、受温度影响大
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C
A B
C
A
B
H
C AB
D D
D
霍尔器件符号
➢霍尔晶体的外形为矩形薄片有四根引线。
➢电流端子A、B称为器件电流端、控制电流端。
场电方势向称)为建霍立尔电电场势，U称H。为霍尔电场EH，相应的
UH
RH
IB d
UH＝ KH I B
RH—霍尔系数，由载流材料的物理性质决定； kH—灵敏度系数，与载流材料的物理性质和几何尺寸
有关，表示在单位磁感应强度和单位控制电流时
的霍尔电势的大小；
d —薄片厚度。
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第4章磁敏传感器
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第四章磁敏传感器
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磁场磁敏传感器电能
测量原理：半导体材料中的自由电子及空穴
随磁场改变其运动方向
结构
体型 —— 结型 ——
霍尔传感器磁敏电阻磁敏二极管磁敏三极管
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第4章磁敏传感器
控制电压V；
R E
霍尔负载电阻R3；
霍尔电流IH。
霍尔器件的基本电路
图中控制电流I由电源E供给,R为调节电阻,保证器件内所需控制电流I。霍尔输出端接负载R3,R3可是一般电阻或放大器的输入电阻、或表头内阻等。磁场B
垂直通过霍尔器件。
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第4章磁敏传感器
霍尔元件输入输出电路： 1、恒压工作：
4.1 磁敏传感器的物理基础
1、磁现象：磁荷不能单独存在，必须N、S成对存在，并且在闭区间表面全部磁束进出总和必等于零，即divB=0
2、磁感应强度、电场强度与运动电荷所受力的关系：F=e(E+vB)=eE+evB
3、磁通变化与电动势的关系：
Ed dB
dt dt
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传感器原理及应用
第4章磁敏传感器
讨论： ➢ 任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不是
都可以制造霍尔元件; • 绝缘材料电阻率ρ很大，电子迁移率μ很小，不适用；
• 金属材料电子浓度n很高，RH很小，UH很小,不适用; • 半导体材料电阻率ρ较大RH大，非常适于做霍尔元件，半
导体中电子迁移率一般大于空穴的迁移率，所以霍尔元件多采用 N 型半导体（多电子）;