常见磁传感器及原理和应用演示文稿
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这两个方面市场每年有十几亿美元,其中五大供应商日本Asahi Kasei Microsystems、美国Allegro Microsystems、德国英飞凌、瑞士 Micronas和比利时Melexis N.V.占据80%的市场。
磁传感器的分类
物理原理:磁电感应式传感器,霍尔效应、磁阻效应、巨磁电阻效应、 巨磁阻抗效应、超导量子干涉器、磁致伸缩效应、磁弹性效应等。
常见磁传感器及原理和应用演示文稿
基本概念
磁通:垂直于某一面积所通过的磁力线的条数,用ф表示,单位韦伯 (Wb)。
磁感应强度 :表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量,单位是特斯 拉(T)或高斯(Gs)用符号B表示。磁感应强度也叫磁通密度。
磁场强度:将不同的物质放入磁场中,对磁场产生的影响是不同的。不 同的物质在外磁场的磁化作用下将产生不同的附加磁场,此种附加磁场 又必然反过来影响外磁场。外磁场通常是由电流产生,为了反应外磁场 和电流之间的关系,引入一个辅助矢量——磁场强度,用H表示。它也 是用来表征磁场中各点的磁力大小和方向的物理量。它的大小仅与产生 该磁场的电流大小和载流导体形状有关,单位安培/米(A/m)。
磁电感应式传感器
1831年, 英国Michael Faraday和美国的Joseph Henry 发现的电磁学中最基 本的效应之一------电磁感应现象
eNdNd(B)A
dt
dt
磁通变化率与磁场强度、磁路磁阻、线圈ห้องสมุดไป่ตู้磁场相对运动的速度有关, 改变其中一个因素都会改变线圈中的感应电势。
恒磁通式
磁路系统产生恒定的直流磁场,磁路中的工作气隙固定不变,气隙中的磁通也恒定
不变,感应电势是由于线圈相对于永久磁铁运动时切割磁力线而产生的。
动圈式感应电势: eBlv
在传感器中当结构参数确定后,B、l均为定值,感应电动势e与线圈相对磁场的运动 速度(v或ω)成正比,所以这类传感器的基本形式是速度传感器,能直接测量线速度或 角速度。如果在其测量电路中接入积分电路或微分电路,那么还可以用来测量位移或 加速度。但由上述工作原理可知,磁电感应式传感器只适用于动态测量。
磁学量的单位
高斯单位制,又称混合CGS,在此单位制中,凡是电学量如q、I、E、 P、D等都用CGSE制单位,而磁学量如E、M、H都用CGSM制单位。 因而此在单位制中,介电常数ε和磁导率μ都是无量纲的,而且其真空值 μ0=ε0=1。此外B和E的量纲相同。理论物理中经常采用。
国际单位制(SI),基本量为长度、质量、时间和电流,基本单位分 别为米、千克、秒和安培。 E和D量纲不同, ε0=107/(4πc2)库2/ (千克·米);H和B量纲也不同, μ0= 4π ×107千克·米/库2 。
CGS单位制逐渐的被国际单位制取代,在技术领域使用CGS单位制的情形正 逐渐减少。许多科学期刊或国际标准单位已不使用CGS单位制,不过在天文 学的期刊中仍会使用。美国的材料科学、电动力学及天文学中偶尔会使用 CGS单位制。 另外,由于国际单位制的磁通量密度单位特斯拉太大,在日常使用上不便, 一般会使用CGS单位制的对应单位高斯,因此在磁学及其相关领域中仍会使 用CGS单位制。
H=(B/μo)-M式中B是磁感应强度;M是磁化强度;μo是真空磁导率。在 线性各向同性磁介质中,M与H成正比,即M=xmH,xm是磁介质的磁化 率。于是上式表为B=μo(1+xm)H=μoμrH式中μr=1+xm称为磁介质 的相对磁导率。
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。
磁电传感器应用 1、振动测量
2、扭矩测量
3、流量测量
涡轮由导磁系数较高 的材料(如不锈钢2 Cr13、3Cr1 3等)制成。
4、位移测量
5、接近传感器 (探测磁性金属)
6、磁场测量:磁通门
螺线管线圈的电感与它的磁导率有关,而 螺线管磁芯的磁导率以饱和的方式依赖于 外部的磁场,B—H曲线,μ为在某一给 定点曲线的斜率。如果器件在其曲线的 “膝盖”位置受到一个恒定偏置磁场(如 线圈偏置电流),外部磁场的一个微小变 化将引起磁导率的显著变化,因此电感也 发生变化。
磁学量的单位
单位制特点: 高斯单位制的特点是电场及磁场的单位相同,方程中唯一有量纲的常 数为光速。 国际单位制是使关于球面的电磁方程会含有4π,关于线圈的则含有 2π,处理直导线的则完全不含π,这样的作法对电机工程应用来说是 最便利的。但高斯单位制会使得关于球面的电磁方程中不含4π或π。
使用情况:
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。
变磁通:
磁路中的工作气隙与磁路磁阻变化,引起磁通变化
旋转型感应电势: 变磁通式传感器对环境条件要求不高,能在-150~+90℃的温度下工作,不影响测量 精度,也能在油、水雾、灰尘等条件下工作。但它的工作频率下限较高,约为50Hz, 上限可达100Hz。
为提高灵敏度,应选用具有磁能积较大的永久磁铁
磁传感器定义
磁敏传感器是一种能检测磁场并从中提取信息的器件或装置
磁传感器应用领域
罗盘
全球定位
车辆检测
导航 位置传感器
电流传感器
转动位移 通信产品
发展比较快的两个方面应用:
磁传感器被用于70多个汽车应用之中,包括防抱死刹车系统、电子转向与 油门控制、电池管理和汽车传动。
数字罗盘也是磁传感器的重要市场,正在成为平板电脑和手机全球定位系 统(GPS)中的标准器件。例如,iPhone和iPad在行人与车辆导航中使用电 子罗盘,也用于基于位置的服务和增强现实等应用。
磁传感器的分类
物理原理:磁电感应式传感器,霍尔效应、磁阻效应、巨磁电阻效应、 巨磁阻抗效应、超导量子干涉器、磁致伸缩效应、磁弹性效应等。
常见磁传感器及原理和应用演示文稿
基本概念
磁通:垂直于某一面积所通过的磁力线的条数,用ф表示,单位韦伯 (Wb)。
磁感应强度 :表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量,单位是特斯 拉(T)或高斯(Gs)用符号B表示。磁感应强度也叫磁通密度。
磁场强度:将不同的物质放入磁场中,对磁场产生的影响是不同的。不 同的物质在外磁场的磁化作用下将产生不同的附加磁场,此种附加磁场 又必然反过来影响外磁场。外磁场通常是由电流产生,为了反应外磁场 和电流之间的关系,引入一个辅助矢量——磁场强度,用H表示。它也 是用来表征磁场中各点的磁力大小和方向的物理量。它的大小仅与产生 该磁场的电流大小和载流导体形状有关,单位安培/米(A/m)。
磁电感应式传感器
1831年, 英国Michael Faraday和美国的Joseph Henry 发现的电磁学中最基 本的效应之一------电磁感应现象
eNdNd(B)A
dt
dt
磁通变化率与磁场强度、磁路磁阻、线圈ห้องสมุดไป่ตู้磁场相对运动的速度有关, 改变其中一个因素都会改变线圈中的感应电势。
恒磁通式
磁路系统产生恒定的直流磁场,磁路中的工作气隙固定不变,气隙中的磁通也恒定
不变,感应电势是由于线圈相对于永久磁铁运动时切割磁力线而产生的。
动圈式感应电势: eBlv
在传感器中当结构参数确定后,B、l均为定值,感应电动势e与线圈相对磁场的运动 速度(v或ω)成正比,所以这类传感器的基本形式是速度传感器,能直接测量线速度或 角速度。如果在其测量电路中接入积分电路或微分电路,那么还可以用来测量位移或 加速度。但由上述工作原理可知,磁电感应式传感器只适用于动态测量。
磁学量的单位
高斯单位制,又称混合CGS,在此单位制中,凡是电学量如q、I、E、 P、D等都用CGSE制单位,而磁学量如E、M、H都用CGSM制单位。 因而此在单位制中,介电常数ε和磁导率μ都是无量纲的,而且其真空值 μ0=ε0=1。此外B和E的量纲相同。理论物理中经常采用。
国际单位制(SI),基本量为长度、质量、时间和电流,基本单位分 别为米、千克、秒和安培。 E和D量纲不同, ε0=107/(4πc2)库2/ (千克·米);H和B量纲也不同, μ0= 4π ×107千克·米/库2 。
CGS单位制逐渐的被国际单位制取代,在技术领域使用CGS单位制的情形正 逐渐减少。许多科学期刊或国际标准单位已不使用CGS单位制,不过在天文 学的期刊中仍会使用。美国的材料科学、电动力学及天文学中偶尔会使用 CGS单位制。 另外,由于国际单位制的磁通量密度单位特斯拉太大,在日常使用上不便, 一般会使用CGS单位制的对应单位高斯,因此在磁学及其相关领域中仍会使 用CGS单位制。
H=(B/μo)-M式中B是磁感应强度;M是磁化强度;μo是真空磁导率。在 线性各向同性磁介质中,M与H成正比,即M=xmH,xm是磁介质的磁化 率。于是上式表为B=μo(1+xm)H=μoμrH式中μr=1+xm称为磁介质 的相对磁导率。
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。
磁电传感器应用 1、振动测量
2、扭矩测量
3、流量测量
涡轮由导磁系数较高 的材料(如不锈钢2 Cr13、3Cr1 3等)制成。
4、位移测量
5、接近传感器 (探测磁性金属)
6、磁场测量:磁通门
螺线管线圈的电感与它的磁导率有关,而 螺线管磁芯的磁导率以饱和的方式依赖于 外部的磁场,B—H曲线,μ为在某一给 定点曲线的斜率。如果器件在其曲线的 “膝盖”位置受到一个恒定偏置磁场(如 线圈偏置电流),外部磁场的一个微小变 化将引起磁导率的显著变化,因此电感也 发生变化。
磁学量的单位
单位制特点: 高斯单位制的特点是电场及磁场的单位相同,方程中唯一有量纲的常 数为光速。 国际单位制是使关于球面的电磁方程会含有4π,关于线圈的则含有 2π,处理直导线的则完全不含π,这样的作法对电机工程应用来说是 最便利的。但高斯单位制会使得关于球面的电磁方程中不含4π或π。
使用情况:
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。
变磁通:
磁路中的工作气隙与磁路磁阻变化,引起磁通变化
旋转型感应电势: 变磁通式传感器对环境条件要求不高,能在-150~+90℃的温度下工作,不影响测量 精度,也能在油、水雾、灰尘等条件下工作。但它的工作频率下限较高,约为50Hz, 上限可达100Hz。
为提高灵敏度,应选用具有磁能积较大的永久磁铁
磁传感器定义
磁敏传感器是一种能检测磁场并从中提取信息的器件或装置
磁传感器应用领域
罗盘
全球定位
车辆检测
导航 位置传感器
电流传感器
转动位移 通信产品
发展比较快的两个方面应用:
磁传感器被用于70多个汽车应用之中,包括防抱死刹车系统、电子转向与 油门控制、电池管理和汽车传动。
数字罗盘也是磁传感器的重要市场,正在成为平板电脑和手机全球定位系 统(GPS)中的标准器件。例如,iPhone和iPad在行人与车辆导航中使用电 子罗盘,也用于基于位置的服务和增强现实等应用。