第七章 磁电式传感器
当导体在稳恒均匀磁场中
•
齿轮材料 齿轮材料应采用导磁率强的金属材料 齿形 成渐开线齿形 是最合适的齿形。用大模数的 齿轮或用其它的齿形将会产生巨大的波 形畸变， 这将会妨碍精确的测量。如果主轴有轴向移动， 则要注意 磁极的中心应处在齿轮的中心位置上。 齿轮模数 ：2 ~ 4 齿宽b： 大于5mm m= = = h=2.25×m m：模数 z：齿数 p： 节距 • 传感器要正常工作，须在要检测的旋转体上安装导磁体发讯齿轮或孔 板齿轮,模数大于或等于2,安装时,传感器端面距齿顶1mm左右.传感器 输出为双芯高温屏蔽线,其中屏蔽层与双芯线中任一根相并连后再连接 至转速表磁电式输入的“– 端”.(信号线标准长2.5m,特殊规格小于 10m)。
3.请设计一方案，利用磁电式传感器控制其
摆动角度。
• 如右图：在摆臂上安装2个永久磁铁，并测 量距离，分别把2个霍尔元件安装在摆臂左 右30°的极限位置。当磁铁随运动部件移 动到距霍尔接近开关几毫米时，霍尔IC的 输出由高电平变为低电平，使继电器吸合 或释放，控制运动部件停止运动（否则将 撞坏霍尔IC，）起限位作用。
SZCB系列磁电式转速传感器说明书
• 磁电式转速传感器采用电磁感应原理来达到测速 目的。具有输出信号大，抗干扰性能好，不需外 接电源，可在烟雾、油气、水气等恶劣环境中使 用。 • 特点： • 磁电式转速传感器是针对测速齿轮而设计的发电 型传感器（无源），测速齿轮旋转引起的磁隙变 化，在探头线圈中产生感生电动势，其幅度与转 速有关，转速越高输出电压越高，输出频率与转 速成正比。转速进一步增高，磁路损耗增大，输 出电势已趋饱和，当转速过高时，磁路损耗加剧， 电势锐减。
•
技术参数 直流电阻：150Ω~ 200Ω(25℃) 齿轮形式：模数2 ~ 4（渐 开线齿轮） 使用温度：-10 ~+120℃ 抗 振 动：20g 螺纹规格： M16×1（或客户要求） 测量范围：10～15000r/min （60齿） 输出 信号幅值：30r/min>500mV （测试条件：发讯齿轮，齿数为60，材 料为电工钢，模数为2，传感器端面距齿顶1mm）。信号幅值大小， 与转速成正比，与端面和齿顶间隙的大小成反比。 输出电压波形: 渐 开线齿轮–––近似正弦波,若齿轮略有偏心则为调幅正弦波; 孔板––近 似方波。
磁电式传感器名词解释
磁电式传感器名词解释磁电式传感器，这名字听起来是不是有点神秘？其实啊，就像咱们生活中的一些小玩意儿，虽然名字高大上，原理却可以很接地气。
咱先说说这磁电式传感器是干啥的。
你可以把它想象成一个特别灵敏的小侦探，专门用来探测磁场和电场的变化。
就好比咱们家里要是进了贼，肯定有一些不寻常的动静被发现一样，磁电式传感器就是专门捕捉磁场和电场那些“不寻常动静”的。
比如说，在电机里，电机一转啊，磁场就会有变化，这磁电式传感器就能敏锐地察觉到这个变化，就像鼻子超级灵的小狗，一点点异味都能嗅出来。
那这磁电式传感器长啥样呢？它啊，结构说简单也简单，说复杂也有点复杂。
简单来说呢，就有一些磁性材料和线圈之类的东西组合在一起。
这就好比是一个小团队，每个成员都有自己的任务，组合在一起就能发挥大作用。
磁性材料就像是一个能量源，能产生磁场，而线圈呢，就像是一个捕捉器，专门捕捉磁场变化带来的信号。
再讲讲它的工作原理吧。
当磁场发生变化的时候，就会在线圈里产生感应电动势。
这就像风吹过湖面会泛起涟漪一样自然。
磁场的变化就如同那阵风吹过，而线圈里产生的感应电动势就是那泛起的涟漪。
这种感应电动势可是很有用处的，可以转化成电信号，然后我们就可以根据这个电信号来知道磁场或者电场发生了什么样的变化。
这就好比我们看到湖面的涟漪大小、方向，就能大概知道风是从哪个方向吹来，风力有多大。
磁电式传感器的种类那也是不少呢。
有动圈式的，这就像一个灵活的小舞者。
动圈式的磁电式传感器里面的线圈是可以动的，就像小舞者在舞台上自由地舞动。
当有磁场变化的时候，这个可动的线圈就会做出反应，产生我们需要的信号。
还有动铁式的呢，这动铁式就像是一个有力量的大力士。
动铁式磁电式传感器里的铁磁体是可以动的，磁场一变化，铁磁体的动作就会让线圈产生相应的信号，就像大力士用力的时候，周围的东西都会受到影响一样。
磁电式传感器在咱们生活中的应用可广泛了。
在汽车里，它能用来检测发动机的转速。
发动机一转，磁场变化，传感器就知道发动机转得多快了，这就像汽车的一个小管家，时刻关注着发动机的状态。
磁电式速度传感器课件
VS
集成化
集成化是未来传感器的一个重要发展趋势 ，通过将多个传感器元件集成在一个芯片 上，实现传感器的小型化、轻量化、低功 耗等特点，提高传感器的应用范围和性能 。
在新兴领域的应用前景
新能源汽车
随着新能源汽车的快速发展，磁电式速度传 感器在新能源汽车中的应用前景广阔，如用 于电机转速的检测、车辆速度的检测等。
机械结构设计
总结词
机械结构设计是磁电式速度传感器制造中的重要环节，它决定了传感器的精度、稳定性和使用寿命。
详细描述
在机械结构设计中，需要考虑到传感器的尺寸、重量、安装方式等因素，以确保传感器在实际应用中 的可靠性和稳定性。同时，还需要对传感器的材料、热处理等进行优化，以提高其机械性能和耐久性 。
磁路设计
智能交通
智能交通系统是未来交通发展的重要方向， 磁电式速度传感器可以用于智能交通系统中 的车辆速度检测、交通流量统计等方面，提 高交通管理的智能化水平。
THANKS
感谢观看
新型绝缘材料
绝缘材料在磁电式速度传感器的制造 中起着重要作用，新型绝缘材料如氮 化硅、碳化硅等具有高绝缘性、低介 电损耗等特点，能够提高传感器的绝 缘性能和稳定性。
智能化与集成化的发展趋势
智能化
随着人工智能和物联网技术的发展，磁 电式速度传感器将逐渐实现智能化，具 备自适应、自学习、自诊断等功能，提 高传感器的工作效率和可靠性。
应用领域
汽车领域
用于发动机转速、车速、ABS 系统等速度检测。
航空领域
用于飞机轮速、滑行速度等速 度检测。
工业自动化领域
用于电机转速、机械传动速度 等速度检测。
其他领域
如医疗器械、环保设备等需要 进行速度检测的领域。
传感器习题第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器1、 某霍尔元件尺寸为l=10mm ，b=3.5mm ，d=1.0mm ，沿l 方向通以电流I=1.0mA ，在垂直于l 和b 的方向上加有均匀磁场B ＝0.3T ，灵敏度为22V/(A·T)，试求输出的霍尔电势以及载流子浓度。
解：输出的霍尔电势为： ）（mV IB K U H H 6.63.0100.1223=⨯⨯⨯==- 由neR d R K H H H 1=，＝可得载流子浓度为： 320319/1084.2101106.12211m ed K n H ⨯=⨯⨯⨯⨯=⋅=--第8章 光电式传感器8－8当光纤的46.11＝n ，45.12＝n ，如光纤外部介质的10＝n ，求光在光纤内产生全反射时入射光的最大入射角c θ。
解：最大入射角8.91706.0arcsin 45.146.1arcsin 1arcsin2222210==-=-=n n n c θ2、若某光栅的栅线密度为50线/mm ，标尺光栅与指示光栅之间的夹角为0.01rad 。
求：所形成的莫尔条纹的间距。
解：光栅栅距为mm mmW 02.0/501=＝标尺光栅与指示光栅之间的夹角为rad 01.0=θ 莫尔条纹的间距为 mm mmW W B H 201.002.02sin ==≈=θθ＋＋＋－t 1t 2AA BBt 0 t 03、利用一个六位循环码码盘测量角位移，其最小分辨率是多少？如果要求每个最小分辨率对应的码盘圆弧长度最大为0.01mm ，则码盘半径应有多大？若码盘输出数码为“101101”，初始位置对应数码为“110100”，则码盘实际转过的角度是多少？ 解：六位循环码码盘测量角位移的最小分辨率为：rad 098.06.523606===α。
码盘半径应为：mm mmlR 1.0098.001.0===α循环码101101的二进制码为110110，十进制数为54； 循环码110100的二进制码为100111，十进制数为39。
磁电式传感器测量转速原理
磁电式传感器测量转速原理磁电式传感器是一种常用于测量转速的传感器，它利用磁场和电信号的相互作用原理，可以精确地测量各种旋转设备的转速。
在工业生产和科学研究中，磁电式传感器的应用非常广泛，本文将介绍磁电式传感器测量转速的原理及其工作过程。
磁电式传感器的工作原理是利用磁场的变化来感应电信号，从而实现对转速的测量。
在磁电式传感器中，通常会使用磁铁和线圈两个主要部件。
当被测物体旋转时，磁铁会随之旋转，从而改变线圈中的磁场强度，进而诱导出电信号。
通过测量这些电信号的变化，就可以准确地得到被测物体的转速数据。
磁电式传感器的工作过程可以分为三个主要步骤，磁场产生、磁场感应和信号处理。
首先，磁电式传感器通过内部的磁铁产生一个稳定的磁场，这个磁场的强度和方向是固定的。
当被测物体旋转时，磁铁随之旋转，导致磁场的强度和方向发生变化。
接着，线圈中的感应电流会随着磁场的变化而产生变化，最终输出一个与转速相关的电信号。
最后，通过信号处理电路对这个电信号进行放大、滤波和数字化处理，最终得到被测物体的准确转速数据。
磁电式传感器测量转速的原理非常简单，但却非常有效。
它具有测量精度高、稳定性好、响应速度快等优点，因此在工业控制和汽车领域得到了广泛的应用。
磁电式传感器可以通过不同的安装方式，适用于各种不同的转速测量场景，如轴承转速测量、发动机转速测量等。
总的来说，磁电式传感器是一种非常重要的传感器设备，它通过磁场和电信号的相互作用，实现了对转速的精确测量。
在工业生产和科学研究中，磁电式传感器的应用前景非常广阔，相信随着技术的不断进步，它将会发挥出更大的作用。
磁电式传感器
➢因RH＝ρμ（其中ρ为材料电阻率；μ为载流子迁移率， μ=v/E，即单位电场强度作用下载流子的平均速度），一 般电子迁移率大于空穴迁移率，因此霍尔元件多用N型半 导体材料。
➢霍尔元件越薄（即d越小），kH就越大，所以通常霍尔元 件都较薄。薄膜霍尔元件厚度只有1μm左右。
一般频响范围：10Hz~2kHz。
（二）变磁通式
又称为变磁阻磁电感应式传感器，常用来测量旋转物体的 角速度。结构原理如下图。
1、开磁路变磁通式
工作原理：线圈3和磁铁5静止不动，测量齿轮2（导磁材 料制成）安装在被测旋转体1上，随之一起转动，每转过一 个齿，它与软铁4之间构成的磁路磁阻变化一次，磁通也就 变化一次，线圈3中产生的感应电动势的变化频率等于测量 齿轮2上齿轮的齿数和转速的乘积。
（三）磁电感应式扭矩仪（变磁通式）
1、结构组成：
转子（包括线圈）固定在传感器轴上，定子（永久磁铁） 固定在传感器外壳上。转子、定子上都有一一对应的齿和 槽。
2、测量原理：
➢测量扭矩时，需用两个传感器，将它们的转轴（包括线圈 和转子）分别固定在被测轴的两端，它们的外壳固定不动。
➢安装时，一个传感器的定子齿与其转子齿相对，另一个传 感器的定子槽与其转子齿相对。
定义：通过磁电作用将被测量（如振动、位移、转 速）转换成电信号的一种传感器。
分类： 磁电感应式传感器； 霍尔式传感器； 磁栅式传感器。
第一节 磁电感应式传感器
▪ 磁电感应式传感器简称感应式传感器，也称为电动 式传感器。它是利用导体和磁场发生相对运动而在 导体两端输出感应电动势的。它是一种机-电能量 变换型传感器。
在这种结构中，也可以用齿轮代替椭圆形测量轮2，软铁 （极掌）4制成内齿轮形式，这时输出信号频率为f=nZ/60， 其中Z为测量齿轮的齿数。
磁电式传感器原理及应用
磁电式传感器原理及应用磁电式传感器是一种基于磁效应的传感器，能够通过测量电流和磁场之间的关系来检测和测量电流、位移、速度、角度等物理量。
该传感器通过电流和磁场之间的相互作用，将物理量转化为电信号，从而实现对物理量的测量和控制。
磁电式传感器具有高精度、高分辨率、高灵敏度、可靠性高等优点，因此在许多领域得到广泛应用。
磁电式传感器的工作原理主要是基于磁电效应，即通过磁场作用于磁电材料产生的电势差来测量物理量。
常用的磁电材料有铁磁材料、反铁磁材料和压电材料等。
当磁电材料受到外界磁场的影响时，内部的电荷分布状态发生改变，从而在材料的两侧产生电势差。
根据外加电场的方向，可以将磁电材料分为电压系数和电流系数两种类型。
磁电式传感器的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 电流测量：磁电式传感器可以通过测量电流所产生的磁场来实现对电流的测量。
在电力系统中，磁电式传感器被广泛用于测量电流，用于电能计量、故障检测和保护等。
2. 位移测量：通过将磁电材料与磁场探头相结合，可以实现对位移的测量。
在工业自动化领域，磁电式传感器被广泛应用于位移传感器、液位传感器、角度传感器等领域。
例如，在机械加工中，可以通过位移传感器来监测工件的位移，从而实现对机械加工的控制和调整。
3. 速度测量：磁电式传感器可以通过测量旋转物体所产生的磁场来实现对速度的测量。
在汽车行业中，磁电式传感器被广泛用于测量车速，用于车速表和巡航控制系统等。
4. 角度测量：通过将磁电材料与磁场探头结合，磁电式传感器可以实现对角度的测量。
在航空航天、机器人、自动化控制等领域，磁电式传感器被广泛应用于角度传感器、导航传感器、姿态传感器等领域。
5. 磁场测量：磁电式传感器可以通过测量磁场对磁电材料产生的电势差来实现对磁场的测量。
在地理勘测、地震监测等领域，磁电式传感器被用于测量地球磁场和地震活动等。
总之，磁电式传感器作为一种重要的传感器技术，具有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展和进步，磁电式传感器将更加精确、灵敏地测量和控制物理量，为各个领域的发展做出更大的贡献。
磁电式传感器的原理及应用
磁电式传感器的原理及应用引言磁电式传感器是一种常见的传感器类型，广泛用于测量和检测磁场、电流、位移等物理量。
本文将介绍磁电式传感器的工作原理以及一些应用领域。
工作原理磁电式传感器是基于磁电效应工作的，磁电效应是指在外加磁场下材料产生的电磁感应效应。
磁电式传感器一般由磁电材料和传感器结构组成。
磁电材料是传感器的核心部分，它具有磁场敏感性，能够将外加磁场转化为电信号。
常见的磁电材料有磁电晶体、磁电陶瓷等。
传感器结构一般采用薄膜形式，具有高灵敏度和快速响应的特点。
具体来说，磁电式传感器的工作原理如下：1.当外加磁场作用于磁电材料时，磁电材料内部的晶格结构会发生改变。
2.这种晶格结构的改变会引起材料内部的电荷分布发生变化。
3.电荷分布的变化会产生一个电场，进而产生电压差。
4.通过测量电压差的大小，可以确定外加磁场的强度。
应用领域磁电式传感器在许多领域都有广泛的应用，下面列举了一些常见的应用领域：1. 磁场测量磁电式传感器可以用于测量磁场的强度和方向。
例如，在地磁测量中，磁电式传感器可以用来检测地磁场的变化，帮助我们研究地球的磁场分布和变化规律。
2. 电流测量由于电流在传感器周围会产生磁场，磁电式传感器可以用来测量电流的大小和方向。
这在电力系统中非常重要，可以用于电流监测和故障检测。
3. 位移测量磁电式传感器还可以用来测量物体的位移。
通过将磁电传感器与磁体结合使用，可以实现非接触式的位移测量。
这在自动化控制、机器人技术等领域有着广泛的应用。
4. 电子设备磁电式传感器可以用于电子设备中的位置检测、方向检测等功能。
例如，在手机中，磁电式传感器能够检测手机的方向，从而实现屏幕的自动旋转功能。
5. 医疗领域磁电式传感器在医疗领域也有着重要的应用。
例如，可以用于心脏磁场的监测和分析，帮助医生进行心脏病的诊断和治疗。
总结磁电式传感器是一种基于磁电效应工作的传感器，具有广泛的应用。
本文介绍了磁电式传感器的工作原理，以及在磁场测量、电流测量、位移测量、电子设备和医疗领域中的应用。
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。
chap7磁电式传感器幻灯片PPT
0.1
1.0 4.0
测振动 测力传感器
讨论
第 当 >> 0〔 >3 0 )时，xt/x0 1 七 xt x0,m近似看作静止不动
章 φ=-1800
磁 电 式 传 感
关于工作频段：
阻尼比 的影响： 增大 〔0.7左右〕，可以 减小共振峰，改善低频响应。
固有频率 0的影响：降低 0 ，扩大低频段。
理想情况，当 >> 0
传
感 器
势为： e Wd B sS in WB siS n dt
S：每匝线圈的围成的面积
θ：线圈平面法线方向与磁场方向之间的夹角；
ω:线圈与磁场之间的相对运动角速度
两种根本类型
恒定磁通式：
第 工作气隙中磁通不变，线圈中的感应电势由线
七
圈相对永久磁铁运动并切割磁力线产生。
章
变磁通式：
磁 电 式
章
磁 电 式
()2 得xx0t： (j)1()202j()
传 感
振幅比：
0
0
器
xt
( 0)2
x0
1 （ 0） 2 2 2（ 0） 2
频率特性：xt
( 0)2
第
x0
1 （ 0） 2 2 2（ 0） 2
七
章
磁 电 式
相位滞后 t： g112(( 00))2
传 当＝0时：当＝ 0时： 当>> 0时：
利用电磁感应原理，将输入(运动速度)转 换
磁 电
成线圈中感应电动势输出的传感器。 特点：
式 有源传感器：不需要提供电源;
传 具有双向转换特性;
感 器
具有较大的输出功率;
只适用于动态测量。
磁电式传感器原理
磁电式传感器原理
磁电式传感器是一种常用的物理量测量装置，它利用磁电效应实现对磁场的测量。
磁电效应是指当磁场作用于特定的材料时，会在材料中产生电势差或电流。
磁电式传感器的工作原理可以分为两个步骤：磁场的感应和电信号的转换。
首先，当磁场作用于磁电式传感器中的磁敏材料时，磁敏材料内部的自由电子会受到力的作用，从而形成一个电势差或电流。
这是由于磁场会改变电子的运动轨迹，导致电荷在材料中的分布发生变化。
这个电势差或电流的大小与磁场的强度成正比。
然后，磁电式传感器会将产生的电势差或电流信号转换成可用的测量信号。
这通常通过将电势差转换成电压信号或通过电流信号经过放大和滤波后得到。
这样的测量信号可以用来表示磁场的强度或与其他物理量的关系。
磁电式传感器有许多应用领域，包括磁场测量、运动传感、接近开关等。
它们通常具有灵敏度高、响应速度快、稳定性好等特点，可以实现对磁场的准确测量。
同时，磁电式传感器还可以通过改变磁敏材料的性质或结构，实现对不同范围和分辨率的测量需求。
【学习课件】第7章_磁电式传感器
第7章 霍尔式传感器
.
1
第7章 磁电式传感器
传感器原理及应用
概述
➢ 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。
若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线 成某一角度 时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁
感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，
即Bcos，这时的霍尔电势为
EH=KHIBcos
结论：霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B成正
比，且当B的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。
如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电势为同频率
21
无刷电动机在电动自行车上的应用
无刷直流电动机 的外转子采用高性能 钕铁硼稀土永磁材料； 三个霍尔位置传感器 产生六个状态编码信 号，控制逆变桥各功 率管通断，使三相内 定子线圈与外转子之 间产生连续转矩，具 有效率高、无火花、 可靠性强等特点。
.
22
电动自行车的无刷电动机及控制电路
利用 PWM 调速
.
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开关型霍尔集成电路
开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳压电路、 放大器、施密特触发器、OC门（集电极开路输出门） 等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定 的工作点时，OC门由高阻态变为导通状态，输出变为 低电平；当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变 为高阻态，输出高电平。较典型的开关型霍尔器件如 UGN3020等。
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霍尔式接近开关用于转
磁电式传感器
6.1.4 磁电感应式传感器的应用
4.单灯型道口报警装置 列车接近道口时，列车车轮对掠过道口两
侧磁电式传感器（也称探头），传感器感应信 号经微处理器处理后通过无线传输开启道口两 侧警示灯及语音系统，自动声光报警（小心火 车，注意安全），提醒过往车辆及行人。
6.1 磁电感应式传感器
机电工程系
引言
1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，由 于笃信自然力的统一，伟大的物理学家法拉第 提出了“磁能否产生电”的想法，经过无数次 试验，终于于1831年首次发现了电磁感应现象。
一百多年来，电磁感应现象的应用层出不 穷，比如：发电机、变压器、话筒等。在传感 器中，也有一类是应用了电磁感应原理的传感 器——磁电感应式传感器。
磁电式传感器具有较大的输出功率，故配用电 路较简单，并且性能稳定，工作带宽一般为10～ 1000Hz，所以得到普遍应用。
6.1.1 基本原理
电磁感应定律 无论任何原因使通过闭合回路面积的磁通
量发生变化，都会建立起感应电动势，产生的 感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值。
根据电磁感应定律，当N匝线圈在恒定磁场 内运动时，设穿过线圈的磁通为Φ，则线圈内 的感应电动势E与磁通变化率dΦ/dt有如下关
6.1.3 测量电路
磁电式传感器直接输出感应电动势，且通 常具有较高的灵敏度，所以一般不需要高增益 放大器。但磁电式传感器是速度传感器，若要 获取加速度或位移信号，则需配用微分或积分 电路。测量电路的框图如下：
6.1.4 磁电感应式传感器的应用
1. 动圈式振动速度传感器 传感器测量的参数是振动速度, 若在测量电
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
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第七章磁电式传感器
7.1 阐明磁电式振动速度传感器的工作原理，并说明引起其输出特性非线形的原因。
7.2 机械阻抗是什么？用机械阻抗来分析作简谐运动的线形机械系统有
什么好处？
7.3 什么是位移阻抗、速度阻抗、加速度阻抗、位移导纳、速度导纳和加速度导纳？
7.4 试述相对测振传感器的工作原理和工作频率范围。
7.5 试分析绝对式磁电测振传感器的工作频率范围。
如果要扩展其测量频率范围的下限应采取什么措施;若要提高其上限又可采取什么措施?
7.6 对永久磁铁为什么要进行交流稳磁处理?说明其原理。
7.7 为什么磁电式传感器要考虑温度误差?用什么方法可减小温度误差?
7.8 已知某磁电式振动速度传感器线圈组件(动圈)的尺寸如图P7-1所示: D1=18mm, D2=22mm, L=39mm, 工作气隙宽Lg=10mm ,线圈总匝数为15000匝。
若气隙磁感应强度为0.5515T,求传感器的灵敏度。
7.9 某磁电式传感器固有频率为10HZ,运动部件(质量块)重力为2.08N,
气隙磁感应强度Bδ=1T,工作气隙宽度为tg=4mm,阻尼杯平均直径Dcp=20mm,厚
度t=1mm,材料电阻率ρ=1.74×10ˉ⁸ W·mm²/m。
试求相对阻尼系数=? 若欲使
=0.6,问阻尼杯壁厚t应取多大?
7.10 某厂试制一电磁式传感器,测得弹簧总刚度为18000N/m,固有频率
60HZ,阻尼杯厚度为1.2mm,相对阻尼系数 =0.4。
今欲改善其性能,使固有频率降低为20HZ,相对阻尼系数=0.6,问弹簧总刚度和阻尼杯厚度应取多大?
7.11 已知惯性式磁电式传感器的相对阻尼系数, 传感器-3dB的下限频
率为16HZ,试求传感器的自振频率值。
7.12 已知磁电式速度传感器的相对阻尼系数=0.6,求振幅误差小于2%测试时的范围。
7.13 已知磁电式振动速度传感器的固有频率fn=15HZ,阻尼系数0.7。
若输入频率为f =45HZ的简谐振动,求传感器输出的振幅误差为多少?。