《传感器技术及应用》-8.项目八 磁电传感器测速

知识目标：1.了解磁电传感器的工作原理和特点；2.理解变磁通式和恒磁通式磁电传感器的工作原理和应用；能力目标：1.能够区分不同类型的磁电传感器；2.针对所测速度范围选择合适的测量方法；

项目要求在各种车辆的运转、机械设备的运行中，都需要对速度进行检测。一般汽车发动机中都安装有速度传感器，输出的速度信号输入速度表、里程表指示，并用它来进行汽车的牵引控制、导航系统、发动机和变速箱的管理等。知识连接麦克斯韦电磁场理论

变化的磁场在周围空间产生电场，当闭合回路导体处在此电场中时，导体中的自由电子在电场力作用下作定向移动而产生感应电流；如果不是闭合回路，则导体中自由电子的定向移动使断开处两端积累正、负电荷而产生感应电动势。

被测量→电信号分类：磁电感应式、霍尔式和磁敏式一、工作原理

根据电磁感应定律，当w匝线圈在恒定磁场内运动时，设穿过线圈的磁通为Φ，则线圈内的感应电势e与磁通变化率dΦ/dt有如下关系：

根据这一原理，可设计成两种结构：知识连接（一）恒定磁通磁电式传感器动圈式动铁式

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。二、结构与分类恒磁通式和变磁通式6恒磁通式磁电传感器的结构原理图工作气隙中的磁通恒定永久磁铁

线圈相对运动线圈不动，磁铁运动线圈运动，磁铁不动感应电动势与线圈相对磁铁运动线速度或角速度正比7（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。其中：1-永久磁铁2-软磁铁3-感应线圈4-测量齿轮5-内齿轮6-外齿轮7-转轴a开磁通式b闭磁通式①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。2026/3/279②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。当转轴连接到被测转轴上时，外齿轮不动,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。

显然，感应电势的频率与被测转速成正比。采用测频的方法可以得到被测物体的转动速度。1-永久磁铁2-软磁铁3-感应线圈4-测量齿轮5-内齿轮6-外齿轮7-转轴磁电式传感器：利用，测量量变化→感应电压e有源传感器电磁式传感器：利用衔铁运动，Rm变化→L变化→U

变化无源传感器注意与电磁式传感器区别项目实施—任务分析一．合理选择磁电传感器的类型由上面的相关知识得知，磁电式传感器有变磁通式和恒磁通式两种类型。用于测速的传感器，一般使用变磁通式磁电传感器。二．正确使用变磁通式磁电传感器（一）磁电式转速传感器的结构根据磁路的不同，分成开磁路式和闭磁路式两种。如图所示为两种磁电式转速传感器的结构示意图。开磁路式由固定不动的永久磁铁、感应线圈、软磁材料和外壳等组成。齿轮（导磁材料）安装在被测转轴上并随转轴一起转动。闭磁路式由内外齿轮、线圈和永久磁铁等组成。

项目实施—任务分析（二）开磁路变磁通式转速传感器

1.工作原理框图，如图所示。磁电式转速传感器的工作原理框图

2.工作原理安装时把永久磁铁产生的磁感线通过软磁材料端部对准齿轮的齿顶。当齿轮旋转时，齿的凹凸使空气间隙产生变化，从而使磁路磁阻变化，引起磁通量变化，而产生感应电动势。因此传感齿轮每转过一个齿，感应电动势就经历了一个周期。所以感应电动势的周期T就等于转过一个齿所用的时间。（三）闭磁路变磁通式转速传感器闭磁路变磁通式转速传感器的内外齿轮的齿数相同，它被安装在被测轴上，内齿轮与被测轴一起旋转，外齿轮不动，由于内外齿轮的相对运动使磁路间隙发生变化，从而在线圈中产生交变的感应电动势。

项目实施—实施步骤1．按图安装磁电感应式传感器。传感器底部距离转动源4～5mm（目测），“转动电源”接到2～24V直流电源输出（注意正负极，否则烧坏电机）。磁电式传感器的两根输出线接到频率/转速表。2．调节2～24V电压调节旋钮，改变转动源的转速，通过通信接口的CH1通道用上位机软件观测其输出波形。

知识拓展测量原理：半导体材料中的自由电子及空穴随磁场改变其运动方向。结构结型体型霍尔传感器磁敏电阻——磁敏二极管磁敏三极管——磁敏式传感器151.磁阻效应——

载流导体置于磁场中，其电阻随磁场而变化磁阻效应方程：温度恒定、弱磁场、只有电子导电——

磁感应强度为B时的电阻率——

零磁场下的电阻率——

电子迁移率——

磁感应强度式中，电阻率变化电阻率相对变化磁敏电阻：InSb、InAs16-5-3-10135700

600

500

400

300

200

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020406080150100502.磁敏电阻的特性

磁阻元件的温度特性不好。在应用时，一般都要设计温度补偿电路。

磁敏电阻的灵敏度一般是非线性的，且受温度的影响较大。（一）磁敏二极管1.结构PN结型的磁电转换元件I区：高阻本征区P、N：重掺杂区P-I-N结I区两侧处理：光滑：I面打毛：复合面（r面）磁敏二极管和磁敏三极管PNH+电流（b）iPNH-电流（c）iPNH=0→→→←←←电流（a）i电子空穴复合区2.工作原理磁场H=0：少量电子和空穴在I区、r区复合正向磁场H+

：电子和空穴偏向r区，电流因复合增大而减小反向磁场H-：电子和空穴偏向I区，电流因复合减少而增大

磁敏二极管在正、反向磁场作用下，其电流发生变化，于是就实现磁电转换。磁敏二极管H=0PN→→→←←←iH+PNiH-PNi一种磁电转换元件，可将磁信息转换成电信号应用：磁场检测；磁力探伤；转速测量；电流测量；无触点开关；无刷直流电机特点1）灵敏度高，比霍尔元件高几百乃至上千倍，线路简单，成本低适宜测弱磁场；不足与霍尔元件比较，线性范围窄。同样受温度影响大，在使用时需进行温度补偿。应用拓展例：漏磁探伤仪显示仪表激励线圈放大器铁芯钢棒磁敏二极管探头显示仪表激励线圈放大器