磁電磁敏式傳感器ppt課件

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 6.1 6.1 磁電感應式傳感器磁電感應式傳感器 6.2 6.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器 6.3 6.3 磁敏元件磁敏元件 電感式傳感器是把被丈量轉(zhuǎn)換成電感量電感式傳感器是把被丈量轉(zhuǎn)換成電感量( (自感、互感的變化；自感、互感的變化； 磁電式傳感器是將被丈量轉(zhuǎn)換為磁場變化，引起電動勢輸出變磁電式傳感器是將被丈量轉(zhuǎn)換為磁場變化，引起電動勢輸出變化?；C械能機械能磁電式傳感器磁電式傳感器電電 量量 磁電式構(gòu)造：傳感器由磁鋼、線圈、彈簧、阻尼器和殼磁電式構(gòu)造：傳感器由磁鋼、線圈、彈簧、阻尼器和殼體等組成，是典型的二階慣性系統(tǒng)體等組成，是典型的二階慣性系統(tǒng). 根據(jù)原理有兩種磁

2、電感應式傳感器：根據(jù)原理有兩種磁電感應式傳感器： 恒磁通式恒磁通式: 恒定磁場，運動部件是線圈也可以是磁鐵。恒定磁場，運動部件是線圈也可以是磁鐵。 變磁通式變磁通式: 線圈、磁鐵靜止不動，轉(zhuǎn)動物體引起磁阻、線圈、磁鐵靜止不動，轉(zhuǎn)動物體引起磁阻、磁通變化。磁通變化。 恒磁通式恒磁通式a開磁路 b閉磁路變磁通式 動鋼型動鋼型動圈型動圈型恒磁通式測振動恒磁通式測振動 恒磁通式傳感器通常恒磁通式傳感器通常用做機械振動丈量。用做機械振動丈量。 振動傳感器構(gòu)造大體振動傳感器構(gòu)造大體分兩種分兩種: : 動圈型動圈型 永久磁鐵與殼固永久磁鐵與殼固定定 動鋼型動鋼型 線圈與殼體固定線圈與殼體固定v 動圈式振動速

3、度傳感器動圈式振動速度傳感器磁電式絕對速度計磁電式絕對速度計: :11彈簧；彈簧； 2 2殼體殼體; 3; 3阻尼環(huán)阻尼環(huán); 4; 4磁鋼磁鋼; 5; 5線線圈圈;6;6芯軸；芯軸；固有頻率固有頻率10 15Hz10 15Hz， =0.50.7 =0.50.7，上限頻率，上限頻率1k1k。這種慣性式傳感器，不需求靜止的參考基準，直接安裝在這種慣性式傳感器，不需求靜止的參考基準，直接安裝在被測體上，任務時傳感器不需求加電壓被測體上，任務時傳感器不需求加電壓; ; 線圈隨被測物體運動，直接將機械能轉(zhuǎn)換為電能輸出，線圈隨被測物體運動，直接將機械能轉(zhuǎn)換為電能輸出，是典型的發(fā)電型傳感器。是典型的發(fā)電型傳

4、感器。1-1-彈簧片彈簧片, 2-, 2-阻尼環(huán)，阻尼環(huán)，3-3-磁鐵，磁鐵，4-4-鋁支架，鋁支架，5-5-芯軸芯軸, 6-, 6-線圈，線圈，7-7-殼體殼體, 8-, 8-引線引線v 動圈式振動速度傳感器動圈式振動速度傳感器 變磁通式又稱為變磁阻式，線圈、磁鐵靜止不動，變磁通式又稱為變磁阻式，線圈、磁鐵靜止不動， 測轉(zhuǎn)速時測轉(zhuǎn)速時, , 轉(zhuǎn)動物體齒輪的凹凸引起磁阻或磁通變化。轉(zhuǎn)動物體齒輪的凹凸引起磁阻或磁通變化。開磁路閉磁路a開磁路開磁路 b閉磁路閉磁路deNdt eBlN電壓靈敏度：電壓靈敏度： 0/USV cm s由由 可確定可確定靈敏度靈敏度 為常數(shù)為常數(shù)eNBlvsv SNBl

5、0/IISA cm sv電流靈敏度電流靈敏度: :ev 可定義出磁電感應式傳感器靈敏度可定義出磁電感應式傳感器靈敏度 對于構(gòu)造確定的磁電式傳感器，輸出正比于振動速度對于構(gòu)造確定的磁電式傳感器，輸出正比于振動速度理想輸出特性理想輸出特性實踐輸出特性靈敏度是非線性的，實踐輸出特性靈敏度是非線性的， 偏離的緣由：偏離的緣由：當振動速度很小時當振動速度很小時a，慣性力缺乏以，慣性力缺乏以抑制傳感器活動部件的靜摩擦力，因此線圈抑制傳感器活動部件的靜摩擦力，因此線圈與磁鐵不存在相對運動，因此無輸出；與磁鐵不存在相對運動，因此無輸出；當當a超越超越b時，慣性力抑制靜摩擦力，時，慣性力抑制靜摩擦力，有相對運動

6、，但摩擦阻尼使輸出特性非線性；有相對運動，但摩擦阻尼使輸出特性非線性；當速度超越當速度超越b到達到達c時慣性太大超越彈性形時慣性太大超越彈性形變范圍，輸出出現(xiàn)飽和；變范圍，輸出出現(xiàn)飽和；這種傳感器的輸出在很小和很大情況下是非這種傳感器的輸出在很小和很大情況下是非線性的，但實踐的任務范圍較大線性的，但實踐的任務范圍較大,適用性較強。適用性較強。振動傳感器輸出特性振動傳感器輸出特性es 超越彈性形變范圍超越彈性形變范圍輸出出現(xiàn)飽和輸出出現(xiàn)飽和 技術參數(shù)：技術參數(shù)：靈敏度：靈敏度：2050mVmmSec 1根據(jù)用戶調(diào)整根據(jù)用戶調(diào)整 頻率呼應可選：頻率呼應可選：5100Hz，10500Hz，10100

7、0Hz 固有頻率：約固有頻率：約10Hz 振幅極限：振幅極限：2mm峰峰-峰值峰值 最大加速度：最大加速度：10g S-ZS型磁電式型磁電式振動速度傳感器振動速度傳感器 國產(chǎn)國產(chǎn)S-ZS型振動速度傳感器，與振動型振動速度傳感器，與振動監(jiān)控儀或振動烈度監(jiān)控儀配接后，可監(jiān)控儀或振動烈度監(jiān)控儀配接后，可以丈量各種位移、速度等，用來對機以丈量各種位移、速度等，用來對機械缺點進展預測和報警。械缺點進展預測和報警。振動速度傳感器主要用于對轉(zhuǎn)速振動速度傳感器主要用于對轉(zhuǎn)速6006000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)機械的振動烈度分旋轉(zhuǎn)機械的振動烈度進展長期監(jiān)測，進展長期監(jiān)測，振動烈度監(jiān)控儀振動烈度監(jiān)控儀n 信號輸出經(jīng)丈量電路

8、轉(zhuǎn)換可獲得位移和加速度信號輸出經(jīng)丈量電路轉(zhuǎn)換可獲得位移和加速度n 直接輸出電動勢，丈量速度信號；直接輸出電動勢，丈量速度信號；n 接入積分電路可丈量位移信號；接入積分電路可丈量位移信號；n 接入微分電路可丈量加速度信號。接入微分電路可丈量加速度信號。esvxvtdvadt 磁電傳感器根本上是速度傳感器，磁鐵與線圈之間相對運磁電傳感器根本上是速度傳感器，磁鐵與線圈之間相對運動時，能量全被彈簧吸收，磁道路圈切割磁力線產(chǎn)生于正動時，能量全被彈簧吸收，磁道路圈切割磁力線產(chǎn)生于正比速度的感應電動勢，比速度的感應電動勢， 由此輸出可直接獲得速度信號。由此輸出可直接獲得速度信號。esvxvtdvadt位移位

9、移速度速度加速度加速度v 速度經(jīng)時間積分，可丈量位移速度經(jīng)時間積分，可丈量位移01( )ciu tuudtRCIf CIi Re = uiu0u0- -+ +xvt 0iutu dtvtx0UU/ifiIIu R理想運放理想運放RC稱積分時間常數(shù)稱積分時間常數(shù)根據(jù)根據(jù)001( )tfutI dtC 設電容上初始電壓為零，輸出電壓是輸入電壓對時間積分設電容上初始電壓為零，輸出電壓是輸入電壓對時間積分uitu0tiuesv v 速度經(jīng)微分電路速度經(jīng)微分電路 可丈量加速度可丈量加速度 0( )iffduu tI RRCdtIf RfIc Cuiu0- -+ +0UUcfII理想運放理想運放icduI

10、cdt由于由于dvadtiuesv 0idudvu tadtdt u0tuit1. 1. 磁電式扭距傳感器磁電式扭距傳感器圓盤齒引起磁通量變化，在線圈中感應出交流電壓；圓盤齒引起磁通量變化，在線圈中感應出交流電壓；當扭距作用在轉(zhuǎn)軸上時，兩個磁電傳感器輸出的感應電壓當扭距作用在轉(zhuǎn)軸上時，兩個磁電傳感器輸出的感應電壓u1u1、u2u2存在相位差，相差與扭距的改動角成正比，傳感器可以將存在相位差，相差與扭距的改動角成正比，傳感器可以將扭距引起的改動角轉(zhuǎn)換成相位差的電信號。扭距引起的改動角轉(zhuǎn)換成相位差的電信號。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸丈量電路丈量電路磁電傳感器磁電傳感器1 1磁電傳感器磁電傳感器2 2齒型轉(zhuǎn)盤齒型轉(zhuǎn)盤

11、u1u2u ut信號頻率信號頻率=轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)數(shù)齒數(shù)齒數(shù)2. 2. 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器磁電式轉(zhuǎn)速傳感器 使探頭對準測速齒輪的中部，調(diào)理探頭與齒頂?shù)拈g隔為使探頭對準測速齒輪的中部，調(diào)理探頭與齒頂?shù)拈g隔為1mm1mm。 測得的傳感器輸出信號脈沖的頻率就可以計算出測速齒輪測得的傳感器輸出信號脈沖的頻率就可以計算出測速齒輪的轉(zhuǎn)速。的轉(zhuǎn)速。 設齒輪齒數(shù)為設齒輪齒數(shù)為N N，脈沖頻率為，脈沖頻率為f f， 轉(zhuǎn)速為：轉(zhuǎn)速為：n = f/N n = f/N 磁電轉(zhuǎn)速傳感器的任務方式磁電轉(zhuǎn)速傳感器的任務方式轉(zhuǎn)速的單位是轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的單位是轉(zhuǎn)/分鐘，所以分鐘，所以要再乘以要再乘以60，才是轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，才是轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，即即 nz=

12、60f/N在運用在運用60齒的發(fā)訊齒輪時就可齒的發(fā)訊齒輪時就可以得到一個簡單的轉(zhuǎn)速公式以得到一個簡單的轉(zhuǎn)速公式 n=f，可用頻率計丈量轉(zhuǎn)速。，可用頻率計丈量轉(zhuǎn)速。這就是在工業(yè)中轉(zhuǎn)速丈量中齒這就是在工業(yè)中轉(zhuǎn)速丈量中齒輪多為輪多為60齒的緣由。齒的緣由。3. 3. 機械振動監(jiān)測機械振動監(jiān)測機械振動監(jiān)視系統(tǒng)是監(jiān)測飛機在飛行中發(fā)動機振動變化趨勢機械振動監(jiān)視系統(tǒng)是監(jiān)測飛機在飛行中發(fā)動機振動變化趨勢的系統(tǒng)。磁電式振動傳感器固定在發(fā)動機上，直接感受發(fā)的系統(tǒng)。磁電式振動傳感器固定在發(fā)動機上，直接感受發(fā)動機的機械振動，并輸出正比于振動速度的電壓信號。動機的機械振動，并輸出正比于振動速度的電壓信號。因傳感器接納飛

13、機上各種頻率的振動信號，必需經(jīng)濾波電路因傳感器接納飛機上各種頻率的振動信號，必需經(jīng)濾波電路將其它頻率信號衰減后，才能夠準確丈量出發(fā)動機的振動將其它頻率信號衰減后，才能夠準確丈量出發(fā)動機的振動速度。當振動量超越規(guī)定值時，發(fā)出報警信號，飛行員可速度。當振動量超越規(guī)定值時，發(fā)出報警信號，飛行員可隨時采取緊急措施，防止事故發(fā)生。隨時采取緊急措施，防止事故發(fā)生。傳傳感感器器濾波濾波放大放大檢波檢波告警告警電路電路告警告警顯示器顯示器機械振動監(jiān)視系統(tǒng)原理框圖機械振動監(jiān)視系統(tǒng)原理框圖u ut 轉(zhuǎn)子底座的振動可采用加速轉(zhuǎn)子底座的振動可采用加速度傳感器和速度傳感器兩種度傳感器和速度傳感器兩種方式進展丈量。方式進

14、展丈量。 將帶有磁座的加速度和速度將帶有磁座的加速度和速度傳感器放置在實驗臺的底座傳感器放置在實驗臺的底座上，將傳感器的輸出經(jīng)變送上，將傳感器的輸出經(jīng)變送器接器接A/DA/D采集通道，輸入到計采集通道，輸入到計算機中。算機中。加速度和速度傳感器振動丈量4. 4. 加速度和速度傳感器振動丈量加速度和速度傳感器振動丈量 航空航天發(fā)動機等設備的振動實驗； 兵器，坦克、火炮發(fā)射的振動繼續(xù)時間影響第二次發(fā)射； 民用，機床、車輛、建筑、橋梁、大壩振動監(jiān)測。 工程上可采用頻譜分析識別信號中的周期分量，經(jīng)過丈工程上可采用頻譜分析識別信號中的周期分量，經(jīng)過丈量的振動信號進展頻譜分析，確定最大幅值的頻率分量，量的

15、振動信號進展頻譜分析，確定最大幅值的頻率分量，然后找出缺點。然后找出缺點。大型空氣緊縮機傳動安裝缺點診斷案例表示圖大型空氣緊縮機傳動安裝缺點診斷案例表示圖 磁電式振動傳感器的特點磁電式振動傳感器的特點磁電式振動傳感器是慣性式傳感器，不需求靜止磁電式振動傳感器是慣性式傳感器，不需求靜止的基準參考，可直接裝在被測體上，適宜作機械的基準參考，可直接裝在被測體上，適宜作機械振動丈量、轉(zhuǎn)速丈量。振動丈量、轉(zhuǎn)速丈量。磁電式傳感器是發(fā)電型傳感器，任務時可不加電磁電式傳感器是發(fā)電型傳感器，任務時可不加電壓，直接將機械能轉(zhuǎn)化為電能輸出。壓，直接將機械能轉(zhuǎn)化為電能輸出。速 度 傳 感 器 的 輸 出 電 壓 正

16、比 于 速 度 信速 度 傳 感 器 的 輸 出 電 壓 正 比 于 速 度 信號號 ，便于直接放大。，便于直接放大。輸出功率大，穩(wěn)定可靠，可簡化二次儀表，但傳輸出功率大，穩(wěn)定可靠，可簡化二次儀表，但傳感器尺寸大、重，頻率呼應低，通常在感器尺寸大、重，頻率呼應低，通常在1010100Hz100Hz。輸出阻抗低幾十幾千歐，對后置電路。輸出阻抗低幾十幾千歐，對后置電路要求低，干擾小。要求低，干擾小。uv出去活動一下出去活動一下 磁場強度與磁場源的磁場強度與磁場源的分布分布F 而與人們相關的磁場范圍很寬；而與人們相關的磁場范圍很寬；普通的磁敏傳感器檢測的最低磁普通的磁敏傳感器檢測的最低磁場只能測到場

17、只能測到10-6高斯。高斯。 霍爾傳感器是一種磁敏元件，霍爾傳感器是一種磁敏元件，主要用于磁場檢測主要用于磁場檢測 測磁的方法：測磁的方法： 利用電磁感應作用的傳感器強磁場利用電磁感應作用的傳感器強磁場 如：磁頭、機電設備、測轉(zhuǎn)速、磁性標定、差動變壓如：磁頭、機電設備、測轉(zhuǎn)速、磁性標定、差動變壓器；器； 利用磁敏電阻、磁敏二極管、霍爾元件丈量磁場；利用磁敏電阻、磁敏二極管、霍爾元件丈量磁場； 利用超導效應傳感器，利用超導效應傳感器，SQVID 約瑟夫元件；約瑟夫元件； 利用核磁共振的傳感器，有光激型、質(zhì)子型。利用核磁共振的傳感器，有光激型、質(zhì)子型。 利用磁作用傳感器，磁針、表頭、繼電器。利用磁

18、作用傳感器，磁針、表頭、繼電器。 隨著半導體技術的開展，磁敏傳感器正向薄膜化，隨著半導體技術的開展，磁敏傳感器正向薄膜化， 微型化和集成化方向開展。微型化和集成化方向開展。稱號稱號任務原理任務原理任務范圍任務范圍 主要用途主要用途霍爾效應器件霍爾效應器件霍爾效應霍爾效應10-710 T磁場丈量，位置速度傳感器，電流、電壓傳感磁場丈量，位置速度傳感器，電流、電壓傳感半導體磁敏電阻半導體磁敏電阻磁阻效應磁阻效應10-31 T旋轉(zhuǎn)和角度丈量旋轉(zhuǎn)和角度丈量磁敏二極管磁敏二極管電流的磁場調(diào)制電流的磁場調(diào)制10-610 T位置、速度、電流、電壓傳感位置、速度、電流、電壓傳感磁敏晶體管磁敏晶體管集電極或漏極

19、電流的磁場調(diào)制集電極或漏極電流的磁場調(diào)制10-610 T位置、速度、電流、電壓傳感位置、速度、電流、電壓傳感載流子疇器件載流子疇器件載流子疇磁場調(diào)制載流子疇磁場調(diào)制10-61 T磁強計磁強計金屬膜磁敏電阻器金屬膜磁敏電阻器磁敏電阻的各向異性磁敏電阻的各向異性10-310-2 T磁讀頭、旋轉(zhuǎn)編碼器磁讀頭、旋轉(zhuǎn)編碼器巨磁電阻器巨磁電阻器磁耦合多層膜或自旋閥磁耦合多層膜或自旋閥10-310-2 T高密度磁讀頭高密度磁讀頭非金屬磁傳感器非金屬磁傳感器磁率磁率10-910-3 T磁讀頭、旋轉(zhuǎn)編碼器磁讀頭、旋轉(zhuǎn)編碼器巨磁阻抗傳感器巨磁阻抗傳感器巨磁阻抗或巨磁感應巨磁阻抗或巨磁感應10-1010-4 T旋轉(zhuǎn)

20、、位置，大電流傳感旋轉(zhuǎn)、位置，大電流傳感磁性溫度傳感器磁性溫度傳感器居里點變化居里點變化-50250熱磁開關，溫度檢測熱磁開關，溫度檢測磁致伸縮傳感器磁致伸縮傳感器磁致伸縮效應磁致伸縮效應各種力學量丈量各種力學量丈量磁電感應傳感器磁電感應傳感器法拉第電磁感應效應法拉第電磁感應效應10-3100 T磁場丈量及位置速度傳感磁場丈量及位置速度傳感磁通門磁強計磁通門磁強計資料的資料的B-H飽和特性飽和特性10-1110-2 T磁場丈量磁場丈量核磁共振磁強計核磁共振磁強計核磁共振核磁共振10-1210-2 T磁場精度丈量磁場精度丈量磁光傳感器磁光傳感器法拉第或磁致伸縮效應法拉第或磁致伸縮效應10-101

21、02 T磁場及電流、電壓丈量磁場及電流、電壓丈量主要磁敏元件及磁場強度分布主要磁敏元件及磁場強度分布 磁敏傳感器磁敏傳感器磁學量磁學量電信號電信號利用利用SII的的CMOS 技術和傳感器技術技術和傳感器技術來檢測旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)方向來檢測旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)方向 18781878年美國物理學家霍爾首先發(fā)現(xiàn)金屬中的霍爾效應，年美國物理學家霍爾首先發(fā)現(xiàn)金屬中的霍爾效應，由于太弱沒有得到運用。由于太弱沒有得到運用。 隨著半導體技術的開展，人們發(fā)現(xiàn)半導體資料的霍爾效隨著半導體技術的開展，人們發(fā)現(xiàn)半導體資料的霍爾效應非常明顯，并且體積小有利于集成化。應非常明顯，并且體積小有利于集成化。 把一個導體半導體薄片兩端通以電流

22、，在垂直方向把一個導體半導體薄片兩端通以電流，在垂直方向施加磁感強度施加磁感強度 B 的磁場，在導體薄片的另外兩側(cè)會產(chǎn)生的磁場，在導體薄片的另外兩側(cè)會產(chǎn)生一個與控制電流一個與控制電流 I 和磁場強度和磁場強度 B 的乘積成比例的電動勢的乘積成比例的電動勢UH ，這種景象稱霍爾效應。，這種景象稱霍爾效應。 霍爾電動勢與磁場強度霍爾電動勢與磁場強度B、 電流強度電流強度 I 有關有關HUIB霍爾傳感器基于霍爾效應霍爾傳感器基于霍爾效應 磁場強度磁場強度B 的方向改動時的方向改動時 霍爾電動勢的電壓極霍爾電動勢的電壓極性也隨之改動。性也隨之改動。 在磁場作用下導體中的在磁場作用下導體中的自在電子做定

23、向運動時自在電子做定向運動時每個電子受洛侖茲力作每個電子受洛侖茲力作用被推導游體的另一側(cè)：用被推導游體的另一側(cè)： LFe BHHUEbHHFeE 磁場下導體中的電子運動時，因霍爾電勢產(chǎn)生霍爾電場，磁場下導體中的電子運動時，因霍爾電勢產(chǎn)生霍爾電場，其中霍爾電場強度為：其中霍爾電場強度為：HUIB并有作用于電子的力：并有作用于電子的力： 當兩作用力相等時電荷不再向兩邊積累到達動態(tài)平衡：當兩作用力相等時電荷不再向兩邊積累到達動態(tài)平衡：HLFFHeEe BIne bd u 經(jīng)過半導體薄片的電流經(jīng)過半導體薄片的電流 I與以下要素有與以下要素有關：關：HUBb 霍爾電勢為霍爾電勢為HHUEb n 載流子濃

24、度， v 電子運動速度，b d 導體薄片橫截面積 ，e 電子電荷量。代入后：代入后：HHHIBIBUBbRKIBnedd 1HRne HHRKd與薄片尺寸有關與薄片尺寸有關與資料有關與資料有關霍爾靈敏霍爾靈敏度度霍爾常數(shù)霍爾常數(shù)式中：式中：電阻率、電阻率、n 電子濃度、電子濃度、電子遷移率電子遷移率 =/E 單位電場強度作用下載流子運動速度。單位電場強度作用下載流子運動速度。 可見霍爾電勢與電流和磁場強度的乘積成正比可見霍爾電勢與電流和磁場強度的乘積成正比任何資料在一定條件下都能產(chǎn)生霍爾電勢，但不是都可以制任何資料在一定條件下都能產(chǎn)生霍爾電勢，但不是都可以制造霍爾元件造霍爾元件;金屬資料因電子

25、濃度金屬資料因電子濃度n很高，很高，RH 很小，靈敏度低，很小，靈敏度低，UH 很小很小;絕緣資料電阻率絕緣資料電阻率很大，但電子遷移率很大，但電子遷移率很小，不適用；很小，不適用； 半導體資料電阻率半導體資料電阻率較大，電子遷移率較大，電子遷移率適中，非常適于做霍適中，非常適于做霍爾元件；爾元件；半導體中電子遷移率普通大于空穴的遷移率，所以霍爾元件半導體中電子遷移率普通大于空穴的遷移率，所以霍爾元件多采用多采用N 型半導體多電子型半導體多電子;由霍爾靈敏度可見由霍爾靈敏度可見:厚度厚度d越小霍爾靈敏度越小霍爾靈敏度KH越大，所以霍越大，所以霍爾元件通常做的較薄，近似爾元件通常做的較薄，近似1

26、微米微米(d1m)，任務電壓很低。，任務電壓很低。HHRKd1HRne HHUK IB 討論霍爾元件外形和符號霍爾元件外形和符號 霍爾晶體的外形為矩形薄片，有四根引線，霍爾晶體的外形為矩形薄片，有四根引線， 兩端加鼓勵，兩端為輸出，兩端加鼓勵，兩端為輸出，RL為負載電阻為負載電阻 ； 電源電源E經(jīng)過經(jīng)過R控制鼓勵電流控制鼓勵電流 I； B 磁場與元件面垂直向里磁場與元件面垂直向里 實測中可把實測中可把 IB 作輸入，作輸入， 也可把也可把 I 或或 B單獨做輸入；單獨做輸入； 經(jīng)過霍爾電勢輸出丈量結(jié)果。經(jīng)過霍爾電勢輸出丈量結(jié)果。 輸出輸出UH與與I或或B成正比關系，成正比關系， 或與或與 IB

27、 成正比關系。成正比關系。 當霍爾元件通以鼓勵電流當霍爾元件通以鼓勵電流 I 時，假設磁場時，假設磁場 B=0，實，實際上霍爾電勢際上霍爾電勢 UH=0，但實踐，但實踐 UH0，這時測得的空，這時測得的空載電勢稱不等位電勢載電勢稱不等位電勢 U0 。 產(chǎn)生的緣由：產(chǎn)生的緣由：霍爾引出電極安裝不對稱，霍爾引出電極安裝不對稱，不在同一等位面上，不在同一等位面上，或鼓勵電極接觸不良。或鼓勵電極接觸不良。半導體資料不均勻，幾何尺寸半導體資料不均勻，幾何尺寸不均勻，呵斥電阻率不均勻。不均勻，呵斥電阻率不均勻。HHUK IB(1) (1) 不等位電勢不等位電勢 不等位電勢的補償不等位電勢的補償 分析不等位

28、電勢時可把霍爾元件等效為一個電橋分析不等位電勢時可把霍爾元件等效為一個電橋不等位電壓相當于橋不等位電壓相當于橋路初始有不平衡輸出，路初始有不平衡輸出，U00，可在電阻大的，可在電阻大的橋臂上并聯(lián)電阻。橋臂上并聯(lián)電阻。不等位電勢可表示為不等位電勢可表示為 U0 = r0 IH, r0為不等為不等位電阻位電阻 霍爾元件是半導體元件，它的許多參數(shù)與溫度有關。霍爾元件是半導體元件，它的許多參數(shù)與溫度有關。當溫度變化時，載流子濃度當溫度變化時，載流子濃度n、遷移率、遷移率、電阻率、電阻率，霍爾系數(shù)霍爾系數(shù)RH都會變化。都會變化。0001()1HtHHKKttKT (2) (2) 溫度誤差及補償溫度誤差及

29、補償 靈敏度與溫度系數(shù)關系靈敏度與溫度系數(shù)關系 恒流源補償：恒流源補償： 由由 UH = KH I B 可見，恒流源可見，恒流源 I 供電可使供電可使UH穩(wěn)定，穩(wěn)定， 但靈敏度系數(shù)但靈敏度系數(shù) KH = RH /d = /d 也是溫度的函數(shù)，也是溫度的函數(shù)， 溫度溫度T變化時，靈敏度變化時，靈敏度KH也變化。也變化。 恒流源補償方法恒流源補償方法: :在霍爾元件上并聯(lián)一分流電阻在霍爾元件上并聯(lián)一分流電阻RpRpI IH H RINRIN當當T TI IP PUHUH 由于恒流源電流由于恒流源電流 I 不變，不變，R p自動添自動添加分流，使加分流，使 I p 增大，增大， IH 下降，下降，U

30、H下降；下降； 補償電阻補償電阻 Rp 可選擇負溫度系數(shù)可選擇負溫度系數(shù).I IH HR RP PT TIPIPUHUHKH = RH /d =/d 多數(shù)霍爾器件是正溫度系數(shù)，多數(shù)霍爾器件是正溫度系數(shù)，T KH ，可經(jīng)過減小，可經(jīng)過減小 I 堅持堅持 KHI 不變，抵消溫度呵斥不變，抵消溫度呵斥 KH 添加的影響。添加的影響。 位移丈量；位移丈量； 測轉(zhuǎn)速；測轉(zhuǎn)速； 測磁場；測磁場； 計數(shù)安裝計數(shù)安裝( (導磁產(chǎn)品導磁產(chǎn)品) )檢缺口檢缺口 檢齒檢齒霍爾元件霍爾元件磁鐵磁鐵F只需黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的外表存在缺口或突只需黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的外表存在缺口或突F 起，就可產(chǎn)生磁場強度的脈動，從而引起起，就可

31、產(chǎn)生磁場強度的脈動，從而引起霍爾電勢的變化，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號?；魻栯妱莸淖兓a(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號。 1.1.測轉(zhuǎn)速測轉(zhuǎn)速2.2.霍爾傳感器位移丈量原理霍爾傳感器位移丈量原理 在構(gòu)造范圍內(nèi)位移丈量線性好在構(gòu)造范圍內(nèi)位移丈量線性好3.3.霍爾壓力傳感器構(gòu)造原理霍爾壓力傳感器構(gòu)造原理 4. 4. 霍爾電流傳感器霍爾電流傳感器 將被測電流的導線穿過霍爾將被測電流的導線穿過霍爾電流傳感器的檢測孔。電流傳感器的檢測孔。 當有電流經(jīng)過導線時，在導當有電流經(jīng)過導線時，在導線周圍將產(chǎn)生磁場，磁力線線周圍將產(chǎn)生磁場，磁力線集中在鐵心內(nèi)，并在鐵心的集中在鐵心內(nèi)，并在鐵心的缺口處穿過霍爾元件，從而缺口處穿過霍爾元件，從而產(chǎn)生與

32、電流成正比的霍爾電產(chǎn)生與電流成正比的霍爾電壓。壓?；魻栐魻栐偶鞔偶鲗Ь€電流導線電流 IX鉗口鉗口鐵心鐵心 霍爾元件的磁感應強度與導線電流霍爾元件的磁感應強度與導線電流 成正比，成正比，B IX，可求出丈量電路的，可求出丈量電路的霍爾輸出電勢，輸出電勢與導線電流霍爾輸出電勢，輸出電勢與導線電流成正比。成正比。 霍爾元件靈敏度；霍爾元件靈敏度；KB 為比例為比例系數(shù)；系數(shù)； C 控制電流控制電流, X為導線電流；為導線電流； KHc KB 為一定值；為一定值； 環(huán)形磁集束器作用是將載流導體中環(huán)形磁集束器作用是將載流導體中被測電流產(chǎn)生的磁場集中到霍爾元被測電流產(chǎn)生的磁場集中到霍爾元件

33、上，以提高靈敏度。件上，以提高靈敏度?；魻栐魻栐偶鞔偶鲗Ь€電流導線電流 IX鉗口鉗口H = KHICB = KHICKBIX壓壓舌舌豁口豁口霍爾電流傳感器演示霍爾電流傳感器演示鐵心鐵心 線性霍爾線性霍爾IC UH=KH IXB 霍爾電流傳感器霍爾電流傳感器直流電流傳感器直流電流傳感器霍爾鉗形電流扮演示霍爾鉗形電流扮演示直流直流200A量程量程被測電流的導線被測電流的導線未放入鐵心時；未放入鐵心時；示值為零示值為零70.9A70.9A霍爾鉗形霍爾鉗形 電流扮演示電流扮演示70.9A70.9A鉗形表的環(huán)形鐵心鉗形表的環(huán)形鐵心可以張開，可以張開， 導線由導線由此穿過此穿過霍爾鉗形電流

34、表的運用霍爾鉗形電流表的運用被測電流的導線從此處穿入鉗形表被測電流的導線從此處穿入鉗形表的環(huán)形鐵心的環(huán)形鐵心 手指按下此處，將鉗形表的鐵心手指按下此處，將鉗形表的鐵心張開張開在電廠、變電站，可將被測電流導在電廠、變電站，可將被測電流導線逐根夾到鉗形表的環(huán)形鐵心中線逐根夾到鉗形表的環(huán)形鐵心中霍爾鉗形電流表的運用霍爾鉗形電流表的運用n叉形鉗形表漏磁稍叉形鉗形表漏磁稍大但運用方便大但運用方便n用鉗形表丈量用鉗形表丈量 電動機的相電流電動機的相電流 霍爾傳感器用于丈量磁場強度霍爾傳感器用于丈量磁場強度 霍爾元件霍爾元件丈量鐵心丈量鐵心 氣隙的氣隙的B值值 霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速 在被測轉(zhuǎn)速的

35、轉(zhuǎn)軸上安裝一個齒盤，也可選取機械系統(tǒng)中在被測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個齒盤，也可選取機械系統(tǒng)中的一個齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)接近齒盤。的一個齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)接近齒盤。 齒盤的轉(zhuǎn)動使磁路的磁阻隨氣隙的改動而周期性地變化，齒盤的轉(zhuǎn)動使磁路的磁阻隨氣隙的改動而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號經(jīng)隔直、放大、整形后可以霍爾器件輸出的微小脈沖信號經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉(zhuǎn)速。確定被測物的轉(zhuǎn)速。線性霍爾元件線性霍爾元件S SN N磁鐵磁鐵霍爾元件輸出波形霍爾元件輸出波形 UH = KH I B n轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速= 60f / 齒齒數(shù)數(shù)齒齒輪輪汽汽車車轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速測測量量?實時典型

36、信號的相關分析實時典型信號的相關分析輸出信號輸出信號整形濾波整形濾波顯示顯示霍爾轉(zhuǎn)速表原理霍爾轉(zhuǎn)速表原理 當齒對準霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾元件，可產(chǎn)生當齒對準霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動勢，放大、整形后輸出高電平；較大的霍爾電動勢，放大、整形后輸出高電平； 反之，當齒輪的空擋對準霍爾元件時，輸出為低電平。反之，當齒輪的空擋對準霍爾元件時，輸出為低電平。?霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死安裝霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死安裝ABS中的運用中的運用 假設汽車在剎車時車輪被抱死，將產(chǎn)生危險。假設汽車在剎車時車輪被抱死，將產(chǎn)生危險。 用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來檢測車輪的轉(zhuǎn)動形狀有助用霍

37、爾轉(zhuǎn)速傳感器來檢測車輪的轉(zhuǎn)動形狀有助于控制剎車力的大小。于控制剎車力的大小。帶有微型帶有微型磁鐵的霍磁鐵的霍爾傳感器爾傳感器鋼質(zhì)鋼質(zhì)霍爾霍爾 計數(shù)電路計數(shù)電路利用霍爾元件實現(xiàn)的編碼計數(shù)典型電路。晶體管、集成電路利用霍爾元件實現(xiàn)的編碼計數(shù)典型電路。晶體管、集成電路;隨磁鼓上永久磁體的極性隨磁鼓上永久磁體的極性N、S變化，霍爾元件變化，霍爾元件c、d端輸出電壓的極端輸出電壓的極性正、負也發(fā)生變化，經(jīng)過整形輸出，獲得近似矩形的脈沖信號。性正、負也發(fā)生變化，經(jīng)過整形輸出，獲得近似矩形的脈沖信號。根據(jù)磁鼓上永久磁體數(shù)量多少，可獲得磁鼓旋轉(zhuǎn)一周的脈沖數(shù)目，從而根據(jù)磁鼓上永久磁體數(shù)量多少，可獲得磁鼓旋轉(zhuǎn)一周

38、的脈沖數(shù)目，從而進展與旋轉(zhuǎn)有關的參數(shù)丈量和控制。如開關設備。進展與旋轉(zhuǎn)有關的參數(shù)丈量和控制。如開關設備。1.1.線性霍爾集成電路線性霍爾集成電路( (測位移、測振動、丈量磁場大小測位移、測振動、丈量磁場大小) ) 輸出電壓在一定范圍與磁感應強度輸出電壓在一定范圍與磁感應強度B B成線性關系，四端輸出成線性關系，四端輸出 霍爾集成霍爾集成IC IC 電路可分為電路可分為 ： 線性型、開關型兩種線性型、開關型兩種2. 2. 開關型集成器件開關型集成器件( (測轉(zhuǎn)速、開關控制、判別測轉(zhuǎn)速、開關控制、判別NSNS極性極性) ) 輸出輸出HLHL兩種形狀，高低電平轉(zhuǎn)換的磁場強度兩種形狀，高低電平轉(zhuǎn)換的磁

39、場強度B B不同，不同， B B、BB構(gòu)成切換回差，這是位置式作用傳感器的構(gòu)成切換回差，這是位置式作用傳感器的特點特點, , 作無觸點開關時可防止干擾引起的誤動作作無觸點開關時可防止干擾引起的誤動作 。 開關型有常開、常閉型兩種開關型有常開、常閉型兩種 TTL COMS LED TTL COMS LED3. 3. 運用運用 集成霍爾元件及接口電路集成霍爾元件及接口電路霍爾開關元件霍爾開關元件性能演示性能演示集成霍爾元件集成霍爾元件封裝方式封裝方式輸出端集電極輸出端集電極漏極開路漏極開路 霍爾元件作無觸點開關霍爾元件作無觸點開關 霍爾計數(shù)安裝霍爾計數(shù)安裝NS霍爾元件霍爾元件鋼珠鋼珠絕緣傳送帶絕緣

40、傳送帶磁鋼磁鋼信號輸出信號輸出S N計數(shù)器計數(shù)器LM741SL3051傳感器可輸出峰傳感器可輸出峰值值20mV脈沖電壓脈沖電壓 天然氣點火電路無觸點開關天然氣點火電路無觸點開關磁鋼遠離霍爾元件時磁鋼遠離霍爾元件時VT1導通，高壓無輸出導通，高壓無輸出 工位定位工位定位 運用霍爾傳感器進展定位，霍爾傳感器在檢測到磁鋼經(jīng)運用霍爾傳感器進展定位，霍爾傳感器在檢測到磁鋼經(jīng)過傳感器探頭時，磁場的變化會使傳感器輸出脈沖信號。過傳感器探頭時，磁場的變化會使傳感器輸出脈沖信號。 利用霍爾傳感器的這一特性，我們將磁鋼安裝在自動化利用霍爾傳感器的這一特性，我們將磁鋼安裝在自動化消費流水線某幾個特定的鏈板上，這樣，

41、當這些安裝有消費流水線某幾個特定的鏈板上，這樣，當這些安裝有磁鋼的鏈板經(jīng)過傳感器探頭時，傳感器就會磁鋼的鏈板經(jīng)過傳感器探頭時，傳感器就會“認出這些認出這些鏈板。鏈板。 霍爾式接近開關霍爾式接近開關 當磁鐵的有效磁極接近、并到達動作當磁鐵的有效磁極接近、并到達動作間隔時，霍爾式接近開關動作。間隔時，霍爾式接近開關動作?；魻柦咏_關普通配一塊釹鐵硼磁鐵?；魻柦咏_關普通配一塊釹鐵硼磁鐵?；魻柺狡圏c火安裝霍爾式汽車點火安裝霍爾式無觸點汽車電子點火安裝霍爾式無觸點汽車電子點火安裝 采用霍爾式無觸點采用霍爾式無觸點電子點火安裝，電子點火安裝， 能較好地抑制汽車能較好地抑制汽車合金觸點點火時間合金觸點點

42、火時間不準確、觸點易燒不準確、觸點易燒壞、高速時動力缺壞、高速時動力缺乏等缺陷。乏等缺陷。 汽車點火線圈汽車點火線圈高壓輸出接頭高壓輸出接頭12V低壓電源輸入接頭低壓電源輸入接頭霍爾式無觸點汽車電子點火安裝任務原理霍爾式無觸點汽車電子點火安裝任務原理 1-1-觸發(fā)器葉片觸發(fā)器葉片 2- 2-槽口槽口 3- 3-分電器轉(zhuǎn)軸分電器轉(zhuǎn)軸 4- 4-永久磁鐵永久磁鐵 5- 5-霍爾集成電路霍爾集成電路PNPPNP型霍爾型霍爾ICIC a a帶缺口的觸發(fā)器葉片帶缺口的觸發(fā)器葉片 b b觸發(fā)器葉片與永久磁鐵及霍爾集成電路之間的安裝關系觸發(fā)器葉片與永久磁鐵及霍爾集成電路之間的安裝關系 c c葉片位置與點火正

43、時的關系葉片位置與點火正時的關系 桑塔納汽車霍爾式分電器表示圖桑塔納汽車霍爾式分電器表示圖 霍爾式無觸點汽車電子點火安裝任務原理霍爾式無觸點汽車電子點火安裝任務原理 n 當葉片遮擋在霍爾當葉片遮擋在霍爾IC面前時，面前時，PNP型霍爾型霍爾IC的輸出為低電平，的輸出為低電平，晶體管功率開關處于導通形狀，點火線圈低壓側(cè)有較大電流晶體管功率開關處于導通形狀，點火線圈低壓側(cè)有較大電流經(jīng)過，并以磁場能量的方式儲存在點火線圈的鐵心中。經(jīng)過，并以磁場能量的方式儲存在點火線圈的鐵心中。 F 特點：采用霍爾式無觸點電子點火安裝可防止金屬觸點特點：采用霍爾式無觸點電子點火安裝可防止金屬觸點的缺陷，無磨損、的缺陷

44、，無磨損、 點火時間準確、高速時動力足。點火時間準確、高速時動力足?；魻柺綗o觸點汽車電子點火安裝霍爾式無觸點汽車電子點火安裝n當葉片對準槽口轉(zhuǎn)到霍爾當葉片對準槽口轉(zhuǎn)到霍爾 IC 面前時，霍爾面前時，霍爾 IC 輸出跳變輸出跳變?yōu)楦唠娖?，?jīng)反相變?yōu)榈碗娖?，使功率輸出的達林頓管為高電平，經(jīng)反相變?yōu)榈碗娖?，使功率輸出的達林頓管截止，切斷點火線圈的低壓側(cè)電流。截止，切斷點火線圈的低壓側(cè)電流。n由于沒有續(xù)流元件，所以存儲在點火線圈鐵心中的磁場由于沒有續(xù)流元件，所以存儲在點火線圈鐵心中的磁場能量在高壓側(cè)感應出能量在高壓側(cè)感應出3050KV的高電壓。的高電壓。 汽車電子點火電路及波形汽車電子點火電路及波形

45、1點火開關點火開關 2達林頓晶體管功率開關達林頓晶體管功率開關 3點火線圈低壓側(cè)點火線圈低壓側(cè) 4點火線圈鐵心點火線圈鐵心 5點火線圈高壓側(cè)點火線圈高壓側(cè) 6分火頭分火頭 7火花塞火花塞 a a電路電路 b b霍爾霍爾ICIC及點火線圈高壓側(cè)輸出波形及點火線圈高壓側(cè)輸出波形 汽車電子點火電路及波形汽車電子點火電路及波形 汽車電子點火安裝運用的點火控制器、霍爾傳汽車電子點火安裝運用的點火控制器、霍爾傳感器及點火總成感器及點火總成磁鐵磁鐵點火總成點火總成 霍爾式接近開關霍爾式接近開關 接接近近式式滑滑過過式式 霍爾式接近開關霍爾式接近開關 用霍爾用霍爾IC也能完成接近開關的功能，但是它只能用于鐵也

46、能完成接近開關的功能，但是它只能用于鐵磁資料的檢測，并且還需求建立一個較強的閉合磁場。磁資料的檢測，并且還需求建立一個較強的閉合磁場。n在右圖中，當磁鐵隨運動在右圖中，當磁鐵隨運動部件挪動到距霍爾接近開部件挪動到距霍爾接近開關幾毫米時，霍爾關幾毫米時，霍爾IC的輸?shù)妮敵鲇筛唠娖阶優(yōu)榈碗娖?；出由高電平變?yōu)榈碗娖剑籲經(jīng)驅(qū)動電路使繼電器吸合經(jīng)驅(qū)動電路使繼電器吸合或釋放，控制運動部件?；蜥尫?，控制運動部件停頓挪動否那么將撞壞霍頓挪動否那么將撞壞霍爾爾IC起到限位的作用。起到限位的作用。 霍爾式接近開關用于轉(zhuǎn)速丈量霍爾式接近開關用于轉(zhuǎn)速丈量n = =6060f4(r/min)軟鐵分流翼片軟鐵分流翼片 開

47、關型霍爾開關型霍爾IC IC T T 霍爾特斯拉計霍爾特斯拉計霍爾元件霍爾元件 霍爾高斯計特斯拉計的運用霍爾高斯計特斯拉計的運用 霍爾元件霍爾元件磁鐵磁鐵n 磁敏元件也是基于磁電轉(zhuǎn)換原理磁敏元件也是基于磁電轉(zhuǎn)換原理,60,60年代西門子公司研制年代西門子公司研制了第一個磁敏元件了第一個磁敏元件,68,68年索尼公司研制成磁敏二極管年索尼公司研制成磁敏二極管, ,目前目前磁敏元件運用廣泛。磁敏元件運用廣泛。磁敏元件磁敏傳感器主要有：磁敏傳感器主要有：霍爾式磁敏傳感器；霍爾式磁敏傳感器；磁敏電阻；磁敏電阻；磁敏二極管；磁敏二極管；磁敏三極管。磁敏三極管。220(1 0.273)BB磁場強度。磁場強

48、度。1 磁阻效應磁阻效應 而霍爾電場作用會抵消洛倫茲力，磁阻效應被大大減弱；而霍爾電場作用會抵消洛倫茲力，磁阻效應被大大減弱； 由于霍爾電場強度與導體薄片的寬度由于霍爾電場強度與導體薄片的寬度b成反比關系，成反比關系， 磁阻元件的電阻率與幾何尺寸有關。磁阻元件的電阻率與幾何尺寸有關。長方形樣品長方形樣品 扁條狀長形扁條狀長形 圓盤樣品圓盤樣品電阻變化很小電阻變化很小 磁阻變化明顯磁阻變化明顯 不產(chǎn)生不產(chǎn)生霍爾電場霍爾電場HHUEb長方形HHUEb L / b 1磁敏電阻與霍爾元件屬同一類磁敏電阻與霍爾元件屬同一類, ,都是磁電轉(zhuǎn)換元件都是磁電轉(zhuǎn)換元件, ,本質(zhì)不同是磁敏電阻沒有判別極性的才干本

49、質(zhì)不同是磁敏電阻沒有判別極性的才干, ,只需與只需與輔助資料輔助資料( (磁鐵磁鐵) )并用才具有識別磁極的才干并用才具有識別磁極的才干. .2磁敏電阻的輸出特性磁敏電阻的輸出特性由于磁墨的磁場強度較弱，根據(jù)磁阻由于磁墨的磁場強度較弱，根據(jù)磁阻元件特性需求加偏置磁場，使磁敏電元件特性需求加偏置磁場，使磁敏電阻任務在線性區(qū)域。阻任務在線性區(qū)域。RM磁敏電阻電路符號磁敏電阻電路符號RM無偏置磁場時只能檢測磁場不能無偏置磁場時只能檢測磁場不能判別磁性。輸出弱磁場時磁阻與判別磁性。輸出弱磁場時磁阻與磁場關系為：磁場關系為： R =R01+MB2 R0 為零磁場內(nèi)阻；為零磁場內(nèi)阻； M 為零磁場系數(shù)；為

50、零磁場系數(shù)；外加偏置磁場時磁阻具有極性，外加偏置磁場時磁阻具有極性，相當在檢測磁場外加了偏置磁場，相當在檢測磁場外加了偏置磁場，任務點移到線性區(qū)，磁極性也作任務點移到線性區(qū)，磁極性也作為電阻值變化表現(xiàn)出來，這時電為電阻值變化表現(xiàn)出來，這時電阻值的變化為：阻值的變化為： R = RB1+MB RB 為加偏置磁場電阻為加偏置磁場電阻2磁敏電阻的輸出特性磁敏電阻的輸出特性這種傳感器主要用于識別磁性墨水的圖形和文字，這種傳感器主要用于識別磁性墨水的圖形和文字，在自動丈量技術中檢測微小磁信號，如錄音機、在自動丈量技術中檢測微小磁信號，如錄音機、錄像機的磁帶、磁盤；防偽紙幣、票據(jù)、信譽錄像機的磁帶、磁盤；

51、防偽紙幣、票據(jù)、信譽磁卡上用的磁性油墨等。磁卡上用的磁性油墨等。可測磁性齒輪，磁性墨水，磁性條形碼，磁帶，可測磁性齒輪，磁性墨水，磁性條形碼，磁帶，識別有機磁性自動售貨機。識別有機磁性自動售貨機。( 3 ) 磁敏電阻的運用磁敏電阻的運用磁敏電阻的構(gòu)造磁敏電阻的構(gòu)造等效電路等效電路 利用三端差分型磁敏電阻做成磁頭檢測微弱信號，利用三端差分型磁敏電阻做成磁頭檢測微弱信號， 稱圖形識別器。稱圖形識別器。 MS-F-06型磁敏傳感器為日本產(chǎn)型磁敏傳感器為日本產(chǎn)InSb銻化銦磁場銻化銦磁場B=0時為時為R0=0.8k，當磁感應強度當磁感應強度B為為0.3T 時，電阻時，電阻RB約為約為2.4 k，有較好

52、的磁靈，有較好的磁靈敏度。敏度。電阻值與磁感應強度關系曲線電阻值與磁感應強度關系曲線 磁圖形識別傳感器磁圖形識別傳感器S05A1HFAA檢測電路：由磁敏元件、放大整形電路組成；檢測電路：由磁敏元件、放大整形電路組成； 磁敏電阻任務電壓磁敏電阻任務電壓5V， 輸出輸出0.30.8V， 被檢測物體的間隔被檢測物體的間隔3mm。 磁敏電阻運用時普通采用恒壓源驅(qū)動，分壓輸出，三端磁敏電阻運用時普通采用恒壓源驅(qū)動，分壓輸出，三端差分型電路有較好的溫度特性。差分型電路有較好的溫度特性。 這種磁敏傳感器呈純電阻特性，輸出信號的變化按字跡這種磁敏傳感器呈純電阻特性，輸出信號的變化按字跡間距變化出現(xiàn)，可測磁性齒

53、輪，磁性墨水，磁性條形碼，間距變化出現(xiàn)，可測磁性齒輪，磁性墨水，磁性條形碼，磁帶，可識別有機磁性自動售貨機等。磁帶，可識別有機磁性自動售貨機等。 巨磁電阻(gmr)磁場傳感器 器件特點：器件特點： 長長“基區(qū)基區(qū) P-I為摻雜區(qū)，本征區(qū)為摻雜區(qū)，本征區(qū)I長度較長構(gòu)成高阻半導體；長度較長構(gòu)成高阻半導體； 磁敏二極管在長磁敏二極管在長“基區(qū)的一側(cè)面設置了復合區(qū)基區(qū)的一側(cè)面設置了復合區(qū) r，r 面是個面是個 粗糙面，載流子復合速度非常高；粗糙面，載流子復合速度非常高； r 區(qū)對面是復合率很小的光滑面，載流子不易復合。區(qū)對面是復合率很小的光滑面，載流子不易復合。1磁敏二極管鍺管磁敏二極管鍺管2ACM，

54、硅管，硅管2DCM 任務過程：加正向電壓時，空穴、電子同時注入任務過程：加正向電壓時，空穴、電子同時注入 I 區(qū)區(qū) 無磁場時無磁場時B = 0，大部分，大部分 P 區(qū)空穴注入?yún)^(qū)空穴注入 N 區(qū)，區(qū)，N 區(qū)電子注區(qū)電子注 入入 P 區(qū)構(gòu)成電流；區(qū)構(gòu)成電流； 加正向磁場時，由于洛侖磁力作用，空穴電子偏向加正向磁場時，由于洛侖磁力作用，空穴電子偏向r區(qū)，區(qū)， 并在并在r區(qū)很快復合區(qū)很快復合 ，I 區(qū)載流子減小區(qū)載流子減小，電流減小，電流減小，相當，相當 于電阻添加壓降添加于電阻添加壓降添加 ； 加反向磁場時，空穴電子偏向加反向磁場時，空穴電子偏向r區(qū)反面，復合減少，區(qū)反面，復合減少，I區(qū)載區(qū)載 流子

55、添加，相當電阻減小電流添加流子添加，相當電阻減小電流添加，壓降減小，壓降減小。1磁敏二極管磁敏二極管 在磁場作用下，磁敏二極管具有磁靈敏度。在磁場作用下，磁敏二極管具有磁靈敏度。 輸出電壓與外加磁場的關系叫磁敏二極管的磁輸出電壓與外加磁場的關系叫磁敏二極管的磁電特性，電特性， 磁敏二極管具有正反磁靈敏度，這是磁阻元件欠缺的。磁敏二極管具有正反磁靈敏度，這是磁阻元件欠缺的。 另外，磁敏二極管正向磁靈敏度大于反向磁靈敏度，需互另外，磁敏二極管正向磁靈敏度大于反向磁靈敏度，需互 補運用。銜接時需對臂一樣、鄰臂相反。補運用。銜接時需對臂一樣、鄰臂相反。UB BE ED1D1D2D2D3D3D4D4U0

56、1磁敏二極管磁敏二極管磁敏二極管電路符號磁敏二極管電路符號 以鍺管以鍺管NPNNPN型為例：磁敏三極管也是以長基區(qū)為特征，型為例：磁敏三極管也是以長基區(qū)為特征，有兩個有兩個PNPN結(jié)，發(fā)射極與基極之間的結(jié)，發(fā)射極與基極之間的PN PN 結(jié)由長基區(qū)二極結(jié)由長基區(qū)二極管構(gòu)成，有一個高復合區(qū)，集電極電流大小與磁場有管構(gòu)成，有一個高復合區(qū)，集電極電流大小與磁場有關。關。 2磁敏三極管磁敏三極管磁敏三極管電路符號磁敏三極管電路符號v 加正向磁場加正向磁場 載流子偏向高復合區(qū)，集電極電流載流子偏向高復合區(qū)，集電極電流Ic減?。粶p??；v 加反向磁場加反向磁場 載流子背向高復合區(qū)，集電極電流載流子背向高復合區(qū)

57、，集電極電流Ic添加；添加；v 當基極電流一定，靠外加磁場可以改動集電極電流，這是當基極電流一定，靠外加磁場可以改動集電極電流，這是與普通三極管不同之處；與普通三極管不同之處；v 由于長基區(qū)大于分散長度，所以發(fā)射極電流增益由于長基區(qū)大于分散長度，所以發(fā)射極電流增益1，但，但 集電極電流有很高的磁靈敏度。集電極電流有很高的磁靈敏度。2磁敏三極管磁敏三極管 位移丈量位移丈量 磁敏二極管組成電橋，磁鐵磁敏二極管組成電橋，磁鐵處于磁敏元件之間，中間位置時輸出處于磁敏元件之間，中間位置時輸出電壓電壓U0=0U0=0；位移時兩磁敏元件感受的；位移時兩磁敏元件感受的磁場強度不同，磁場強度不同，RD1RD3R

58、D1RD3，電橋失衡，電橋失衡，輸出與位移有關。位移方向相反輸出輸出與位移有關。位移方向相反輸出極性變化，可判別位移大小和方向。極性變化，可判別位移大小和方向。E ED1D1D2D2D D3 3D4D4U0U0SN 渦流流量計渦流流量計 液體流動時，渦輪轉(zhuǎn)動，流速與轉(zhuǎn)液體流動時，渦輪轉(zhuǎn)動，流速與轉(zhuǎn)速成正比，磁敏晶體管檢測到磁性渦速成正比，磁敏晶體管檢測到磁性渦輪周期變化近似正弦波波形，頻率與輪周期變化近似正弦波波形，頻率與齒輪的轉(zhuǎn)速成正比。齒輪的轉(zhuǎn)速成正比。 頻率頻率轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速流量流量磁性齒輪磁性齒輪傳感器傳感器3磁敏晶體管的運用磁敏晶體管的運用F 電感電感/電容電容/霍爾式接近開關比較霍爾式接

59、近開關比較 1. 電感式電渦流接近開關任務原理電感式電渦流接近開關任務原理 電感式接近開關屬于一種有開關量輸出的位置傳感器，它由電感式接近開關屬于一種有開關量輸出的位置傳感器，它由LC高頻高頻振蕩器和放大處置電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場振蕩器和放大處置電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。的振蕩感應頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩才干衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩才干衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進而控制開關的通或斷。發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近

60、，進而控制開關的通或斷。這種接近開關所能檢測的物體必需是金屬物體。這種接近開關所能檢測的物體必需是金屬物體。 任務流程方框圖任務流程方框圖1. 電感式電渦流接近開關任務原理電感式電渦流接近開關任務原理 產(chǎn)品：電感式接近開關產(chǎn)品：電感式接近開關NPN/PNP三極管驅(qū)動輸出三極管驅(qū)動輸出呼應頻率：呼應頻率：500HZ；任務電壓：任務電壓：550V直流直流/交流交流90-250VAC任務電流：小于任務電流：小于10毫安；毫安；輸出驅(qū)動電流：輸出驅(qū)動電流：400毫安毫安溫度范圍：溫度范圍：4070度度檢測間隔：檢測間隔：1、2、4、5、8、10、15、20、 25、40、50、80毫米毫米被測間隔與傳