磁敏传感器PPT课件

1、1,第六章 磁电式传感器,通过磁电作用将被测量（振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器,分类,磁电感应式传感器：导体和磁场间相对运动,霍尔式传感器：半导体在磁场中的电磁效应（霍尔效应）而输出电动势,2,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（101000 Hz）, 所以得到普遍应用,3,工作原理和结构类型,W线圈匝数,根据电磁感应定律，线圈两端的感应电动势,线圈包含的磁通量,若线圈相对磁场

2、运动为速度v或者角速度w时，e=-WBlv或者e=-WBSw，式中 l每匝线圈的平均长度 B线圈所在磁场的磁感应强度 S每匝线圈的平均截面积,4,图为开磁路变磁 通式：线圈、磁铁静止 不动，测量齿轮安装在被 测旋转体上，随之一起转 动。每转动一个齿，齿的 凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次，线圈中产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮齿数的乘积。这种传感器结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速,5,图（b）为闭磁路变磁 通式，它由装在转轴上的 内齿轮和外齿轮、永久磁 铁和感应线圈组成，内外 齿轮齿数相同。当转轴连 图（b） 接到被测转轴上时，外齿轮

3、不动，内齿轮随被测轴而转动，内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化，从而引起磁路中磁通的变化，使线圈内产生周期性变化的感生电动势。感应电势的频率与被测转速成正比,6,图 恒磁通式磁电传感器结构原理图,7,动态特性分析,8,磁电感应式传感器的幅频特性,9,重要结论,当振动体的振动频率低于传感器的固有频率时，传感器的灵敏度随频率而明显变化。 当振动体的频率远高于传感器的固有频率时，灵敏度接近于一常数，基本上不随频率变化。该频段为传感器的工作频段，或称为传感器的频响范围。 当频率更高时，由于线圈的阻抗增加，灵敏度也将随着频率的增加而增加,10,磁电式传感器的测量电路,磁感应 传感器,测量放大器

4、,将被测的运动体的速度转换成电信号,将被对信号进行放大，并具有阻抗变换作用,微分放大器,积分放大器,电压放大器,加速度,位移,速度挡,11,霍尔式传感器,霍尔效应：置于磁场中的导体（或半导体），当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向会产生电动势（霍尔电势），原因是电荷受到洛伦兹力的作用,定向运动的电子除受到洛仑兹力外，还受到霍尔电场的作用，当fl=fE时，达到平衡，此时,霍尔系数，材料确定后为常数,灵敏度系数,对于导体，霍尔系数一般较小，故霍耳元件一般用半导体制作，且愈小（薄），灵敏度愈高,12,物理现象观察,霍尔效应,13,霍尔式传感器的特点,转换率低 受温度影响比较大 结构简单，体积小，

5、坚固 频响范围宽 易微型化和集成化,14,霍尔元件的构造及测量电路,红色引线：电流端引线 绿色引线：霍尔输出端引线,15,16,测量电路,17,霍尔元件的主要参数,1）额定激励电流 （2）灵敏度 （3）输入电阻 和输出电阻 （4）不等位电动势 和不等位电阻 （5）寄生直流电势 （6）热阻,18,不等位电势（零位电势）产生原因,霍尔电极安装不正确 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或几何尺寸不均匀 控制电极接触不良造成的电流不均匀分布,19,霍尔元件的补偿电路,不等位电势的补偿电路,20,采用分流电阻法的温度补偿电路,21,桥路补偿法的温度补偿电路,22,霍尔式位移传感器原理示意图,霍尔式传感器

6、的应用,23,霍尔式压力传感器结钩原理图及磁钢外形,24,四、霍尔传感器的应用,霍尔电势是关于I、B、 三个变量的函数，即 EH=KHIBcos 。利用这个关系可以使其中两个量不变，将第三个量作为变量，或者固定其中一个量，其余两个量都作为变量。这使得霍尔传感器有许多用途,25,1、霍尔转速表,在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速,26,霍尔转速表原理,当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，

7、放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平,27,霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用,若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小,带有微型磁铁的霍尔传感器,钢质,霍尔,28,另一种转速测量安装方法,磁性转盘的输入轴与被测转轴相连, 当被测转轴转动时, 磁性转盘随之转动, 固定在磁性转盘附近的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲, 检测出单位时间的脉冲数, 便可知被测转速。磁性转盘上小磁铁数目的多少决定了传感器测量转速的分辨率,29,5、霍尔式无刷电动机,霍尔式无刷电动机取消了换向器和电刷，而采用霍尔元件来检测转子和定子之间的相对位置，其输出信号经放大、整形后触发电子线路，从而控制电枢电流的换向，维持电动机的正常运转。由于无刷电动机不产生电火花及电刷磨损等问题，所以它在录像机、CD唱机、光驱等家用电器中得到越来越广泛的应用,普通直流电动机使用的电刷和换向器,30,无刷电动机在电动自行车上的应用,电动自行车,可充电电池组,无刷电动机,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