磁电式传感器

朱启兵zhuqib@163.com传感器与检测技术

传感器与检测技术第10章电动势式传感器10.1磁电式传感器10.2霍尔传感器磁电式传感器一、概述 通过电磁感应原理将被测量（如振动、转速、扭矩）转换成电势信号。 利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电势；属于机-电能量变换型传感器

特点:

不需要供电电源，电路简单，性能稳定，输出阻抗小只适合动态测量。通常在10-100HZ适合做机械振动测量、转速测量。传感器尺寸大根据电磁感应定律，匝数为N的线圈处在变化的磁场中所感生的电势

e取决于穿过线圈的磁通φ的变化率，即：

二、基本原理磁通变化使线圈处于磁场中

对磁场作切割磁力线相对运动或者使磁路中的磁阻发生变化传感器有动圈式、动磁铁式和变磁阻式等类型磁电式传感器恒磁通式变磁通式(a)是测量直线运动速度的动圈式传感器(b)是测量角速度的动圈式传感器(c)是测量直线速度的动磁铁式传感器(d)是测量被测平面(需导磁)运动直线速度的变磁阻式传感器它们都是电磁感应原理的具体实现重点讨论动圈式传感器，其原理典型，工程应用广泛。几种类型传感器的原理结构磁电式传感器右图为动圈式传感器的线圈处于永久磁铁所形成的闭合磁路工作气隙中当此线圈相对于磁场作直线运动时，线圈上所感生的电势为：测量直线运动速度的动圈式传感器(3-33)式中：B——工作气隙中的磁感应强度；

l——线圈的单匝长度；

v——线圈相对于磁场的运动线速度；

θ——线圈运动方向相对于磁场方向的夹角。磁电式传感器此处θ=90°，故：结构参数B，l和N确定，则感应电势e与运动速度v成单值函数关系可用输出的电势值e测量线圈运动的速度——速度传感器速度和位移、速度与加速度存在积分和微分关系

速度传感器的输出可通过积分或微分的后续处理得到位移和加速度信号利用该原理可制造出两种实用的速度传感器：一是测量较长行程的直线速度传感器二是测量振动速度的传感器磁电式传感器磁电式传感器变磁通式磁电传感器结构图(a)开磁路；(b)闭磁路变磁通式磁电传感器主要用途：测转速磁电式传感器三、基本特性当测量电路接入磁电传感器电路时，磁电传感器的输出电流Io为式中：Rf——测量电路输入电阻；

R——线圈等效电阻。传感器的电流灵敏度为

而传感器的电压灵敏度分别为B值大，灵敏度也大，线圈的平均长度大也有助于提高灵敏度，但要考虑两种情况：线圈电阻与指示器电阻匹配问题，为使指示器从传感器获得最大功率，必须使线圈的电阻等于指示器的电阻。线圈的发热问题

非线性误差

主要原因：当磁电式传感器在进行测量时，传感器线圈会有电流流过，这时线圈会产生一定的交变磁通，此交变磁通会叠加在永久磁铁产生的传感器工作磁通上，导致气隙磁通变化。磁电式传感器磁电式传感器动态特性

一个二阶系统。Vo为传感器外壳的运动速度，即被测物体运动速度；Vm为传感器惯性质量块的运动速度。等效机械系统运动方程磁电式传感器幅频特性相频特性ω—被测振动的角频率；ωn—传感器运动系统的固有角频率ξ—传感器运动系统的阻尼比只有ω>>ωn的情况下，Av(ω)≈1，相对速度V(t)的大小才可以作为被测振动速度V0(t)的量度。因此磁电式速度传感器的频率较低，一般为10～15Hz。

只有ω>>ωn的情况下，Av(ω)≈1，相对速度V(t)的大小才可以作为被测振动速度V0(t)的量度。因此磁电式速度传感器的频率较低，一般为10～15Hz。磁电式传感器1.基本原理霍尔传感器磁场中运动的电子受到的洛仑兹力为：霍尔电场作用于电子的力

平衡条件：可得：霍尔电势通过（半）导体薄片的电流I与载流子浓度n，电子运动速度v，薄片横截面积b*d有关

霍尔常数与材料本身的载流子浓度有关

霍尔灵敏度，与材料的尺寸有关

霍尔传感器2.基本电路霍尔传感器3.特性参数霍尔传感器3.不等电位和温度补偿1）不等电位产生原因补偿办法