第5章磁电式传感器
磁电式传感器测量转速原理
磁电式传感器测量转速原理1.介绍磁电式传感器是一种常用于测量转速的传感器，通过检测磁场的变化来计算物体的转速。
它具有结构简单、精度高、响应快等优点，在许多领域都得到广泛应用。
2.磁电式传感器的工作原理磁电式传感器通过利用磁场感应现象来测量转速。
当传感器与被测物体相互作用时，磁场的变化会产生电压信号，从而实现转速的测量。
3.磁电式传感器的结构3.1 磁敏元件磁电式传感器的核心部件是磁敏元件，它可以将磁场变化转换为电压信号。
常用的磁敏元件包括霍尔元件和磁致伸缩(Magnetostrictive)元件。
3.2 信号调理电路信号调理电路用于放大和整形由磁敏元件产生的微弱电压信号，以便后续的处理和分析。
它可以提高传感器的灵敏度和稳定性。
3.3 输出接口输出接口将处理后的电压信号转换为转速值或其他形式的信息输出，便于用户进行监测和控制。
4.磁电式传感器测量转速的步骤4.1 确定测量位置在安装磁电式传感器之前，需要确定被测物体上用来测量转速的位置。
通常选择物体上的凸起或特定的标记点作为测量点，以确保测量的准确性和稳定性。
4.2 安装磁电式传感器根据测量位置确定的要求，正确安装磁电式传感器。
通常需要将传感器固定在物体上，并保持一定的距离，以便磁场的变化能够被传感器准确地检测到。
4.3 连接电路将磁电式传感器的输出端口与信号调理电路相连接，确保信号能够被正确的接收和处理。
4.4 校准和调试在使用磁电式传感器进行转速测量之前，需要进行校准和调试，以确保测量结果的准确性和可靠性。
校准过程中，可以通过与其他精密测量设备进行对比，来调整传感器的灵敏度和输出。
5.磁电式传感器测量转速的应用5.1 汽车工业在汽车工业中，磁电式传感器被广泛用于测量车辆引擎的转速。
它可以帮助监测引擎的工作状态，提高车辆的性能和燃油利用率。
5.2 机械制造磁电式传感器在机械制造过程中也有很多应用。
它可以用于测量机器工作部件的转速，以监测和控制机器的运行状态。
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。
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。
磁电感应式传感器
微型化与集成化
总结词
微型化与集成化是磁电感应式传感器未来发展的另一重要趋 势。
详细描述
随着微纳米技术的不断发展，磁电感应式传感器正向着更小 尺寸、更高集成度的方向发展。这不仅可以减小传感器的体 积，提高其便携性，还有助于实现多参数、多功能传感器的 集成。
网络化与智能化
总结词
网络化与智能化是磁电感应式传感器未来发展的必然 趋势。
汽车工业
总结词
磁电感应式传感器在汽车工业中广泛应用于发动机控制、底盘控制和安全系统等方面。
详细描述
在发动机控制中，磁电感应式传感器可以检测曲轴位置和转速，从而精确控制点火和喷 油时间。在底盘控制中，磁电感应式传感器可以检测车轮转速和车辆速度，实现自动变 速和巡航控制。在安全系统中，磁电感应式传感器可以检测气囊状态和安全带使用情况，
提高车辆的安全性能。
航空航天
总结词
磁电感应式传感器在航空航天领域中具有高 精度和高可靠性的特点，主要用于导航、姿 态控制和发动机控制等方面。
详细描述
在导航中，磁电感应式传感器可以检测地球 磁场和方向，为飞机和导弹提供精确的定位 信息。在姿态控制中，磁电感应式传感器可 以检测卫星和空间站的姿态变化，实现稳定 控制和精确指向。在发动机控制中，磁电感 应式传感器可以检测涡轮转速和燃烧室温度
详细描述
随着物联网、云计算等技术的发展，磁电感应式传感 器正逐渐实现网络化与智能化。通过网络化技术，可 以实现传感器之间的信息共享与协同工作；通过智能 化技术，可以对传感器数据进行实时处理、分析与应 用，提高传感器的工作效率和可靠性。
谢谢
THANKS
，提高发动机的性能和可靠性。
环境监测
要点一
总结词
传感器原理与应用习题_第5章磁电式传感器
5-6 解：已知D1=18mm221+p2/，解：已知ξ=0.6，振幅误差小于2%。
若振动体作简谐振动，即当输入信号x 0为正弦波时，可得到频率传递函数为正弦波时，可得到频率传递函数÷÷øöççèæ+÷÷øöççèæ-÷÷øöççèæ=02020021)(w w x w w w w w j j x x t 得 振幅比2022020021úûùêëé÷÷øöççèæ+úúûùêêëé÷÷øöççèæ-÷÷øöççèæ=w w x w w w w j x x t0x x t =1.02时，0w w =3.51；0x x t =0.98时，0w w=1.45因要求0w w>>1，一般取0w w ≥3，所以取0w w ≥3.515-11 已知磁电式振动速度已知磁电式振动速度传感器传感器的固有频率n f =15Hz ，阻尼系数ξ=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？谐振动，求传感器输出的振幅误差为多少？5-12 何谓何谓霍尔效应霍尔效应？利用霍尔效应可进行哪些参数测量？ 答：当答：当电流电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。
05磁电式传感器-霍尔传感器
(a) 霍尔元件外形
(b)电路符号
(c) 基本应用电路
3．霍尔元件的主要特性及材料 1) 霍尔元件的主要特性参数
(1) 灵敏度kH：表示元件在单位磁感应强度和单位控制电流下所 得到的开路（RL=∞）霍尔电动势，单位为V/(A·T)。
(2) 霍尔输入电阻Ri：霍尔控制电流电极间的电阻值。 (3) 霍尔输出电阻Ro：霍尔输出电极间的电阻值。 (4) 霍尔电阻的温度系数α：表示在一定的磁感应强度和 控制电流的条件下，环境温度每变化1℃时霍尔元件材料的 电阻变化率，单位为%/℃。
R
i0
2) 合理选择负载电阻RL的阻值 霍尔元件的输出电阻Ro和霍尔电动势UH都是温度的函数(设为正 温度系数)，当霍尔元件接有负载RL时，在RL上的电压为：
UL R L U H 0 [1 ( t t 0 )] R L R o 0 [1 ( t t 0 )]
为了负载上的电压不随温度变化，应使dUL/d(t-t0)=0，即
在上述的4种零位误差中，寄生直流电动势、感应零电动势以及 自激场零电动势，是由于制作工艺上的原因而造成的误差，可以 通过工艺水平的提高加以解决。而不等位电动势所造成的零位误 差，则必须通过补偿电路给予克服。 霍尔元件结构及等效电路如图
在理想情况下R1=R2=R3=R4，即可取得零位电动势为零(或零位电阻 为零)，从而消除不等位电动势。实际上，若存在零位电动势，则 说明此4个电阻不完全相等，即电桥不平衡。为使其达到平衡，可 在阻值较大的桥臂上并联可调电阻 RP 或在两个臂上同时并联电阻 RP 和R。
霍尔效应演示
B
C D A
当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内 侧偏移，在半导体薄片A、B方向的端面之间建立起霍尔电 势。
传感器电子讲稿-第五章磁电式和磁敏式传感器
政策支持
政府应加大对传感器产业的支 持力度，推动相关产业的发展
。
应用领域拓展
随着新技术的不断涌现和应用 需求的增长，传感器将有更广 阔的应用前景和发展空间。
05
实际应用案例分析
磁电式传感器应用案例
01
案例一：磁场强度检测
02
案例一：磁场强度检测
03
案例一：磁场强度检测
04
案例一：磁场强度检测
磁敏式传感器应用案例
案例一：电流检测
输标02入题
磁敏式传感器可以用于检测线路中的电流，如电流互 感器。通过测量磁场的变化，可以间接测量线路中的 电流大小，为电力系统提供监测和控制功能。
01
03
在自动化生产线中，磁敏式传感器常被用作接近开关， 检测物体的位置和运动状态，实现自动化控制。
04
案例二：接近开关
比较分析与应用建议
环境监测
用于检测磁场、电磁场和磁场变化等环境参数， 实现对大气污染、水体质量等的实时监测。
机器人技术
用于机器人姿态、位置和运动状态的感知，提高 机器人的自主导航和操作能力。
面临的挑战与机遇
01
02
03
04
技术创新
需要不断进行技术创新，提高 传感器的性能指标和应用范围
。
市场竞争
面临国内外同行的竞争，需要 加强品牌建设和市场推广。
磁电式和磁敏式传感器的未来发展
技术发展趋势
01
02
03
04
微型化
随着微电子和纳米技术的发展 ，磁电式和磁敏式传感器将进 一步实现微型化，提高集成度 和灵敏度。
智能化
传感器将与人工智能、物联网 等技术结合，实现智能化感知 、数据处理和远程控制等功能 。
传感器与检测技术 (胡向东 刘京诚 著) 机械工业出版社 课后答案
第1章传感器特性习题答案：5.答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。
传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。
人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。
9．解：10.解：11．解：带入数据拟合直线灵敏度0.68,线性度±7%。
，，，，，，13．解：此题与炉温实验的测试曲线类似:14．解：15．解：所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,16．答：dy/dx=1-0.00014x。
微分值在x<7143Pa时为正，x>7143Pa时为负，故不能使用。
17．答：⑴20。
C时，0～100ppm对应得电阻变化为250～350kΩ。
V0在48.78～67.63mV之间变化。
⑵如果R2=10MΩ，R3=250kΩ，20。
C时，V0在0～18.85mV之间变化。
30。
C时V0在46.46mV（0ppm）～64.43mV（100ppm）之间变化。
⑶20。
C时，V0为0～18.85mV，30。
C时V0为0～17.79mV，如果零点不随温度变化，灵敏度约降低4.9%。
但相对（2）得情况来说有很大的改善。
18．答：感应电压=2πfCRSVN,以f=50/60Hz,RS=1kΩ,VN=100代入，并保证单位一致，得：感应电压=2π*60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V 第3章应变式传感器概述习题答案9.答：(1).全桥电路如下图所示(2).圆桶截面积应变片1、2、3、4感受纵向应变；应变片5、6、7、8感受纵向应变；满量程时：（3）10．答：敏感元件与弹性元件温度误差不同产生虚假误差，可采用自补偿和线路补偿。
11．解：12．解：13．解：①是ΔR/R=2（Δl/l）。
因为电阻变化率是ΔR/R=0.001，所以Δl/l（应变）=0.0005=5*10-4。
霍尔式传感器资料
稳压 Vcc 输出
6 7 5 1 8
输出
b.双端输出
4
地
3.封装外形 以封装材料分为塑料封 装和陶瓷封装两种。 以外形分为扁平单列式 和双列直插式两种。
Vout(V)
4.霍尔集成电路特性
(1)开关型的工作特性 BOP为导通点（或工作点）， BRP为释放点， BH=BOP - BRP为磁滞。 BOP越小，则灵敏度越高。 BH越大，抗干扰愈强。
4.应用
（一）霍尔式位移传感器 （二）霍尔式加速度传感器
M S N N S
a
（三）霍尔式压力传感器
霍尔传感器用于测量磁场强度
测量铁心 气隙的B值
霍尔元件
三、霍尔集成电路的分类和结构
金属的霍尔系数远远小于半导体材料，但就是比 较大的霍尔电势材料如砷化铟，其数值一般也只 能达到几十毫伏，为此用集成电路技术将霍尔元 件、放大电路或开关电路等集成在一个半导体基 片上，做成线性或开关型电路。 按输出功能可分开关型和线性霍尔电路。
BOP
B
双向磁场工作型（也叫双稳态开 关型、锁键型）：当外加磁场 使其导通后，去掉磁场仍然保 持导通态，只有当施加反极性 磁场达到一定数值后才能关断。 其主要是由内部施密特触发器是 单稳型还是双稳型决定的。
0
B BH
2.霍尔线性集成电路
其输出电压随外加磁场的变化而连续地、线性地变化。 霍耳线性集成传感器有单端输出和双端输出两种，其电 路结构如下图。为了提高传感器的性能，往往在电路中 设置稳压、电流放大输出级、失调调整和线性度调整等 电路。
2.接线形式（以3019为例）比三极管还小，还薄。 开关标志面为敏感面。即S型对着磁钢的S极面，N 型对着磁钢的N极面。
3019 BOP=300~480GS BRP=150~420GS BH=120GS
传感器唐文彦5磁电式传感器
a)开磁路
感应电动势频率
a)闭磁路
f nz (Hz) 60
11cgq05_1
数字量
6
闭磁路型 转
环频 轴 境率 条下 件限 要较 求高 低; ；
内齿轮
外齿轮
内外齿轮的齿数相同
11cgq05_1
7
其中永久磁铁(俗称“磁钢”)与线圈 均固定，动铁心(衔铁)的运动使气隙和磁 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。
11cgq05_1
2
一、类型及工作原理
电磁感应：N匝线圈在磁场中运 动切割磁力线或线圈所在磁场的磁 通发生变化时，线圈中产生的感应 电动势为
e N d
dt
根据这一原理，可以设计成恒定磁通式和 变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。
11cgq05_1
3
1、恒定磁通式
11cgq05_1
42
霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。
线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差 动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直 接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性型霍尔器件 如UGN3501等。
线性型三端 霍尔集成电路
11cgq05_1
43
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。
速度。
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17
设 kH=RH / d
第5章 磁电式传感器 3
3、磁电式测扭矩传感器 ■扭矩
扭矩是使物体发生转动的力 扭矩是指旋转装置旋转时，所需要的力矩，单位是牛顿· 米。 （旋转装置旋转时，正常工作范围内可以加载的最小力矩）
发动机的扭矩就是指发动机从曲轴端输出的力矩 扭矩是汽车发动机的主要技术指标之一，它反映在汽车性能上， 包括加速度、爬坡以及悬挂能力等。 它的定义是：活塞在汽缸里的往复运动，往复一次做用一定的功， 它的单位是牛顿；在每个单位距离所做的功就是扭矩。 扭矩是衡量一个汽车发动机好坏的重要标准，一辆车扭矩的大小与 发动机的功率成正比。 在排量相同的情况下，扭矩越大说明发动机越好。
当传感器线圈相对运动的速度 和方向改变时，由 i 产生的附 加磁场的作用也随之改变 ， 从而使传感器的输出有谐波失 真。线圈中的电流越大，这种 非线性就越严重。
v Φ N
i
Φi
e
S
采用补偿线圈，可使其产生的 传感器线圈电流 i 的磁场效应 交变磁通与线圈本身产生的交 变磁通相互抵消。 气隙磁场不均匀也是造成传感器非线性误差的原因之一。
磁电式传感器是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。
磁电式传感器不需要辅助电源，就可把被测对象的机械能转换成 有用的电信号，是一种无源传感器。也称为电动式传感器。 本章介绍磁电式传感器有：
●磁电感应式传感器
●霍尔式传感器
3
第一节 磁电感应式传感器
一、工作原理及结构
二、磁电感应式传感器的误差分析 三、磁电感应式传感器的应用
ld
N
永久磁铁
v
弹簧
支架 线圈 软铁 磁路
式中： B 工作气隙磁感应强度 l 每匝线圈的平均长度 v 线圈相对于磁场的运动速度 W 线圈处于工作气隙磁场中的线圈匝数，工作匝数
[工学]5磁电式磁栅式霍尔式传感器
![[工学]5磁电式磁栅式霍尔式传感器](https://img.taocdn.com/s3/m/57455d370740be1e650e9a7c.png)
（二）
霍尔元件是采用半导体材料制成的, 因此 它们的许多参数都具有较大的温度系数。当温 度变化时, 霍尔元件的载流子浓度、迁移率、 电阻率及霍尔系数都将发生变化,致使霍尔电动 势变化，产生温度误差。
1.采用恒流源供电和输入回路并联电阻 补偿思想
由U H KH IB T 0 KH ; T 0 Ri Ii
每次供水的时间长短，取决于C2、R4、RP1的充电时间
常数。
自动供水装置电路原理图
第三节 磁栅式传感器
磁栅式传感器主要由磁栅和磁头组成。磁栅上 录有等间距的磁信号，利用磁带录音的原
理将等节距的周期变化的电信号用录磁的方法记录 在磁性尺子或圆盘上而制成的。装有磁栅
传感器的仪器或装置工作时，磁头相对于磁栅将占 有一定的相对位置或相对位移，在这个过程中，磁 头把磁栅上的磁信号读出来，这样就把被测位置或 位移转换成电信号。
(并联电阻RP的分流作用） U H不变。
温度 t0 时，元件灵敏度系数为 kH 0 ,输入电阻
为 Ri0 ，温度为t时，他们分别为 kHt ，Rit
kHt kH 0[1 (t t0 )]
Rit Ri0[1 (t t0 )]
因为 I IP IH
因此
IP RP IH RH
由fl fE E vB
而 E UH b
U H bvB
由 I nevbd 则 v I bdne
UH
IB ned
RH d
IB
KH IB
可以推出 RH
霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移 率μ的乘积。若要霍尔效应强, 则RH值大, 因此要 求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率。
磁电式传感器
Hale Waihona Puke 电式传感器磁电式传感器的优点和局限性
磁电式传感器具有以下优点：结构简单、可 靠性高、寿命长、测量准确度高、抗干扰能 力强等。同时，磁电式传感器也存在一些局 限性，例如对温度和湿度的变化比较敏感， 容易受到外界磁场的影响，以及输出信号较 小需要放大处理等。因此，在实际应用中需 要根据具体需求选择合适的传感器类型和规 格
磁电式传感器
磁电式传感器的未来发展趋势
随着科技的不断进步和应用需求的不断提高，磁电式传感器的发展趋势如下
高精度与高可靠性：为了满足各种高精度和高可靠性应用的需求，需要不断提 高磁电式传感器的测量准确度和稳定性。可以采用新型材料和技术手段优化传 感器的结构和工艺，提高其性能指标。同时加强传感器的可靠性设计，提高其 稳定性和使用寿命
2
由于其结构简单、测量准确、可靠 性高、寿命长等优点，磁电式传感 器在工业自动化、航空航天、能源、
交通等领域得到了广泛应用
磁电式传感器
磁电式传感器的原理
磁电式传感器的工作原理基于法 拉第电磁感应定律，当导体线圈 在磁场中作切割磁感线运动时， 线圈中就会产生感应电动势。感 应电动势的大小与导体线圈的匝 数、磁感应强度B、线圈面积和 切割速度成正比。因此，通过测 量感应电动势的大小，就可以确 定被测量的变化
由于磁电式传感器具有测量准确、可靠性高、寿命长等优点，因此广泛应用于以下领域
电力工业：用于测量发电机、变压器的磁场电流和位移，以及电缆的局部放电 等 航空航天：用于测量飞机的飞行速度、加速度、陀螺仪等 能源：用于风力发电机的转速和功率测量，以及水轮机的流量和压力测量等
磁电式传感器 1 交通：用于测量汽车和火车的速度、加速度、里程表等 2 机器人：用于机器人的定位、导航和控制等 3 环境监测：用于测量空气质量、水质等环境参数 4 自动化生产线：用于测量生产线上物体的位置、速度等参数，实现自动化控制 5 医疗器械：用于测量心脏、呼吸等生理参数 6 安全监控：用于监控摄像头、红外探测器等安全设备中的磁场变化，实现报警功能 7 科学实验：用于磁场、电流等物理量的测量和实验研究
磁电感应式传感器
a)磁电式车速传感器
b) 测速电机
5.2 磁电感应式传感器旳类型
按磁场方式分类，磁电感应式传感器分为变磁通式 和恒定磁通式两大类，每类还有不同型式。
1.变磁通式
变磁通式传感器又称为变磁阻磁电感应式传感器或 变气隙磁电感应式传感器。此类传感器旳线圈和磁 铁固定，利用铁磁性物质制成齿轮（或凸轮）与被 测物体相连而运动。在运动中，齿轮（或凸轮）不 断变化磁路旳磁阻，从而变化线圈旳磁通，在线圈 中产生感应电动势。此类传感器在构造上有开磁路 和闭磁路两种，一般用来测量旋转物体旳角速度， 产生感应电动势旳频率作为输出。
I0
R
e Rf
B0lNv R Rf
B0：工作气隙磁感应强度；
I0 e～
N：在工作气隙磁场中旳线圈匝数；
R
Rf
Rf：测量电路输入电阻；
磁电感应式传感器测量电路
R：线圈等效电阻； v：线圈垂直于磁场方向运动旳速度。
（2）电流敏捷度
Ki
dI 0 dv
B0lN R Rf
（3）输出电压
U0
I0Rf
这种传感器构造简朴，但需在被测对象上加装齿轮， 使用不以便，且因高速轴上加装齿轮会带来不平衡而 不宜测高转速。
（2）闭磁路变磁通式传感器
如测图量，轮被2在测磁旋场转气体隙1带中动档速椭圆转形动，1.被测物体 使气隙平均长度周期性地变化，
2.测量轮 3.线圈
因而磁路磁阻也周期性地变化，
4.软铁
磁通一样周期性地变化，则在线
e N d dt
当线圈垂直于磁场方向运动以速度 v 切割磁力线时，
感应电动势为： e NBlv
式中，l：每匝线圈的平均长度；
B：线圈所在磁场旳磁感应强度（T）。
传感器与检测技术 第五章 磁电式传感器
e BlN0
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第五章 磁电式传感器 5．1 磁电感应式传感器（电动式） 5.1.2 结构类型
动圈型 动铁型
第五章 磁电式传感器
第五章 磁电式传感器
实例：振动速度传感器
属于惯性式传感器。是利用磁 电感应原理把振动信号变换成电 信号。它主要由磁路系统、惯性 质量、弹簧阻尼等部分组成。 工作时，将传感器安装在机器 上，在机器振动时，在传感器工 作频率范围内，线圈与磁铁相对 运动、切割磁力线，在线圈内产 生感应电压，该电压值正比于振 动速度值。 与二次仪表相配接，即可显示 振动速度或位移量的大小。也可 以输送到其它二次仪表或交流电 压表进行测量。
微分电路输出
dU c (t ) dU i (t ) U 0 (t ) Ri RC RC dt dt
第五章 磁电式传感器
图5-10 无源积分电路
图5-11 有源积分电路
第五章 磁电式传感器
图5-14 无源微分电路
图5-15 基本有源微分电路
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5．1 磁电感应式传感器（电动式） 5.1.3 磁电感应式传感器的应用
(W是线圈匝数）
故随着转速下降输出电压幅值减 小，当转速低到一定程度时，电压 幅值会减小到无法检测出来的程度。 故这种传感器不适合于低速测量。 为提高低转速的测量效果，可采用 电涡流式转速传感器。
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5．1 磁电感应式传感器（电动式） 5.1.3 磁电感应式传感器的应用
第五章 磁电式传感器
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传感器与检测技术
第五章 磁电式传感器
磁电式传感器是通过磁电作用将被测量(如振动、位 移、转速等)转换成电信号的一种传感器。磁电感应 式传感器、霍尔式传感器都是磁电式传感器。 磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运 动产生感应电势的。 霍尔式传感器为载流半导体在磁场中有电磁效应 (霍尔效应)而输出电势的。 它们原理并不完全相同，因此各有各的特点和应用 范围。 5.1 磁电感应式传感器 5.2 霍尔式传感器 本章要点
(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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磁敏传感器与其他传感 器的比较
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1．动铁式振动速度传感器：
动铁式磁电式振动传感器
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2．动圈式振动速度传感器： 和压电式传感器比较优缺点
动圈式磁电式振动传感器
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5.5 霍尔式传感器
1. 什么是霍尔效应？ 2.为什么霍尔元件一般采用N型半导体材料？而
导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？ 3. 测量误差及补偿方法有哪些？ 4. 霍尔传感器的典型应用。
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5.2 磁电式传感器的动态特性
恒磁通式结构等效为二阶系统力学模型图：
m：线圈组件或永久磁铁 k：弹簧弹性系统 c：金属线圈骨架相对磁
场运动产生的电磁阻尼
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H ( j)
Bl
1
(
n
)2
[C
( Bl) 2
]/
jm
Rf
A(ω)
二次谐振
磁电式传感器的频响特性
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恒磁通式结构(a)动圈式；
(b)动铁式
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图(a)为动圈式，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
当传感器的结构确定后，感应电势e仅与 相对速度v有关。传感器的灵敏度为
l laW
思考：这类传感器采用什么样的测量电路可以用来测量运动 的位移和加速度？
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非线性误差的补偿
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二、温度误差 ： 温度变化，将导致线圈匝长及导线电阻率的变化、磁阻 的变化及磁导率的变化等，采用热磁补偿合金来实现。
磁性材料磁感应强度B随温度T的变化曲线
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5.4 两种测振传感器
磁电式传感器主要用于振动测量。 1．动铁式振动速度传感器： 2．动圈式振动速度传感器：
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5
5.1 基本原理与结构型式
根据电磁感应定律，当W匝线圈在均恒磁场内运动时， 线圈内的感应电势与磁通变化率关系如下：
①磁铁与线圈之间相互运动，构成恒磁通式结构； ②磁路中磁阻变化，构成变磁通式结构； ③恒定磁场中线圈面积变化，构成变磁通式结构。
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1、变磁通式结构：
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A，B为控制电极（面接触型）； C，D为霍尔电极或称输出电极（点接触型）
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霍尔系数
UH
1 ned
IB
RH
IB d
KH IB
霍尔灵敏度
问题：上式是如何得出的？
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问题：为什么只能用半导体材料作霍尔元件。
N型材料电阻率
P型材料电阻率
1 ne
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霍尔式传感器是利用半导体霍尔元件的霍尔效应实现 的磁电转换的一种传感器。 一、 霍尔效应与霍尔元件 一） 霍尔效应 霍尔效应：在置于磁场的导体或半导体中通入电流，若 电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会 出现一个电势差。 产生的电势差称为霍尔电压。 利用霍尔效应制成的元件称为霍尔传感器。
第五章 磁电式传感器
(电动式传感器 感应式传感器)
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原理：电磁感应原理 定义: 将输入运动速度或磁量的变化 变换成感应电势输出的传感器。
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常见的磁电式传感器
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可以有意识的向被测物体施加某种能量，
并将来自被测物体的信息变换为便于检
磁电式传感器的特测的点能量后再进行检测。
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2．已知变磁通式转速传感器输出电动势的频率 f=72Hz，测量齿盘的齿数Z=36，求： （1）被测轴的转速是每分钟多少转？ （2）在上述情况下，如果计数装置的读数误差 为±1个数字，其最大转速误差是多少？
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2、恒磁通式结构：
工作气隙中的磁通恒定，感应电势是由永久磁铁与线圈之间有 相对运动即线圈切割磁力线而产生，由两个主要部分组成：永 久磁铁和线圈，因此有两种结构：A、动圈式；B、动铁式。
1 pe
UH
IB d
霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移率μ的 乘积。 若要霍尔效应强，则希望有较大的霍尔系数RH， 因此要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率。 一般金属材料载流子迁移率很高，但电阻率很小；而绝 缘材料电阻率极高，但载流子迁移率极低，故只有半导 体材料才适于制造霍尔片。
Rf R Rf
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实际使用的传感器将受到环境的影响，灵敏度将 发生变化，从而产生测量误差。相对误差公式可得：
r dSi dB dla dR Si B la R
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一、非线性误差： 1、主要原因： 1)．线圈电流变化产生的附 加磁通迭加于永久磁铁产生 的气隙磁通φ上，使恒定的 气隙磁通变化。 2)．气隙磁场不均匀。 2、补偿方法 补偿附加磁场干扰，可在传 感器中加入补偿线圈。
1．是一种有源传感器。也称作电动式或感应式 传感器。
2．有双向转换特性。利用其逆转换效应可构成 力（矩）发生器和电磁激振器等。
3．有较大的输出功率，配用电路较简单。
4．零位及性能稳定。
5．工作频带一般为10~1000Hz。
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本章主要内容
第一节 基本原理与结构形式 （重点） 第二节 磁电式传感器的动态特性 第三节 磁电式传感器的误差及补偿 第四节 两种测振传感器 第五节 霍尔传感器 （重点） 第六节 其他磁敏传感器
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。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。
变磁通式结构(a)旋转型
(b)平移型
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1、已知测量齿轮齿数Z=18，采用变磁通感应 式传感器测量工作轴转速(如图所示)。若测得 输出电动势的交变频率为24(Hz)，求：被测轴 的转速n(r/min)为多少?当分辨误差为±1齿时， 转速测量误差是多少?
分析左式和左图可得： 1．ω/ωn<1时，灵敏度随频率变化 而明显变化； 2．振动频率远高于传感器固有频率 ωn时，灵敏度接近为一常数，基本 上不随频率变化。本频段传感器输 出电压与振动速度成正比，即工作 频段，或称作频响范围。 3．频率更高时，由于线圈阻抗的增 加，灵敏度也将随频率的增加而下 降。
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磁电式传感器的输出特性
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5.3 磁电式传感器的误差及补偿
若设测量电路输入电阻为Rf，则传感器的输出电流：
i0
R
e Rf
BlaWv R Rf
电流灵敏度
Si
i0 v
BlaW R Rf
传感器输出电压 电压灵敏度
e0
i0 R f
BlaW
R
R
f
R
f
v
Sv
e0 v
BlaW