第 磁電式傳感器PPT課件

1、第五章第五章 磁電式傳感器磁電式傳感器 電磁感應(yīng)效應(yīng) 霍爾效應(yīng) 電磁轉(zhuǎn)換原理1 磁電感應(yīng)式2 霍爾式3 磁柵式第1頁(yè)/共48頁(yè)霍爾效應(yīng)：導(dǎo)體處于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電霍爾效應(yīng)：導(dǎo)體處于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方流流過時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。一、工作原理一、工作原理霍爾式傳感器霍爾式傳感器第2頁(yè)/共48頁(yè)霍爾器件：利用霍爾效應(yīng)工作的器件?；魻柶骷豪没魻栃?yīng)工作的器件。 分類分類集成度集成度a) 霍爾元件霍爾元件b) 霍爾集成電路霍爾集成電路 二、霍爾器件二、霍爾器件霍爾式傳感器霍爾式傳感器第3頁(yè)/共48頁(yè) 分類分類輸出信號(hào)輸出信號(hào)

2、a) 霍爾線性元件霍爾線性元件b) 霍爾開關(guān)元件霍爾開關(guān)元件 二、霍爾器件二、霍爾器件霍爾式傳感器霍爾式傳感器第4頁(yè)/共48頁(yè) 結(jié)構(gòu)與選材結(jié)構(gòu)與選材霍爾片（單晶薄片）霍爾片（單晶薄片）4根引線根引線殼體殼體二、霍爾器件二、霍爾器件霍爾式傳感器霍爾式傳感器第5頁(yè)/共48頁(yè)UH.IB= kH=d1IBRH（1）對(duì)于金屬而言，）對(duì)于金屬而言，n(電子濃度電子濃度)很大，很大，所以所以RH很小，而半導(dǎo)體尤其是很小，而半導(dǎo)體尤其是N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體RH則較大；則較大； 結(jié)構(gòu)與選材結(jié)構(gòu)與選材二、霍爾器件二、霍爾器件霍爾式傳感器霍爾式傳感器第6頁(yè)/共48頁(yè)原因：制造工藝、使用條件、環(huán)境溫原因：制造工藝、使用

3、條件、環(huán)境溫 度等因素，影響霍爾元件的轉(zhuǎn)度等因素，影響霍爾元件的轉(zhuǎn) 換精度。換精度。 誤差及其補(bǔ)償誤差及其補(bǔ)償二、霍爾器件二、霍爾器件霍爾式傳感器霍爾式傳感器第7頁(yè)/共48頁(yè)誤差類型誤差類型v 零位誤差零位誤差v 溫度誤差溫度誤差二、霍爾器件二、霍爾器件 誤差及其補(bǔ)償誤差及其補(bǔ)償霍爾式傳感器霍爾式傳感器第8頁(yè)/共48頁(yè) 當(dāng)外界磁場(chǎng)當(dāng)外界磁場(chǎng)B0時(shí)，輸出的霍爾時(shí)，輸出的霍爾電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)UHUo 0，這種誤差稱為這種誤差稱為零零位誤差位誤差。二、霍爾器件二、霍爾器件 誤差及其補(bǔ)償誤差及其補(bǔ)償v 零位誤差零位誤差霍爾式傳感器霍爾式傳感器第9頁(yè)/共48頁(yè)二、霍爾器件二、霍爾器件 誤差及其補(bǔ)償誤差及其補(bǔ)

4、償v 零位誤差零位誤差寄生直流電動(dòng)勢(shì)寄生直流電動(dòng)勢(shì)不等位電動(dòng)勢(shì)不等位電動(dòng)勢(shì)霍爾式傳感器霍爾式傳感器第10頁(yè)/共48頁(yè)二、霍爾器件二、霍爾器件 誤差及其補(bǔ)償誤差及其補(bǔ)償 霍爾元件在額定控制電流作用下，霍爾元件在額定控制電流作用下，不加外磁場(chǎng)時(shí)，霍爾輸出端之間的空不加外磁場(chǎng)時(shí)，霍爾輸出端之間的空載電動(dòng)勢(shì)，稱為載電動(dòng)勢(shì)，稱為不等位電動(dòng)勢(shì)不等位電動(dòng)勢(shì)霍爾式傳感器霍爾式傳感器第11頁(yè)/共48頁(yè)原因原因： 焊點(diǎn)不對(duì)稱、電極不對(duì)稱、電焊點(diǎn)不對(duì)稱、電極不對(duì)稱、電 阻率不均勻、厚薄不均勻。阻率不均勻、厚薄不均勻。二、霍爾器件二、霍爾器件 誤差及其補(bǔ)償誤差及其補(bǔ)償霍爾式傳感器霍爾式傳感器第12頁(yè)/共48頁(yè)措施措施

5、：加調(diào)節(jié)電阻：加調(diào)節(jié)電阻 X二、霍爾器件二、霍爾器件 誤差及其補(bǔ)償誤差及其補(bǔ)償霍爾式傳感器霍爾式傳感器第13頁(yè)/共48頁(yè) 當(dāng)通以交流控制電流而不加外磁場(chǎng)時(shí)，當(dāng)通以交流控制電流而不加外磁場(chǎng)時(shí)，霍爾輸出除存在交流不等位電動(dòng)勢(shì)外，霍爾輸出除存在交流不等位電動(dòng)勢(shì)外，還有直流分量，稱為還有直流分量，稱為寄生直流電動(dòng)勢(shì)寄生直流電動(dòng)勢(shì)二、霍爾器件二、霍爾器件 誤差及其補(bǔ)償誤差及其補(bǔ)償霍爾式傳感器霍爾式傳感器第14頁(yè)/共48頁(yè)措施措施：電極安裝盡量歐姆接觸、對(duì)稱、：電極安裝盡量歐姆接觸、對(duì)稱、 良好散熱。良好散熱。 二、霍爾器件二、霍爾器件 誤差及其補(bǔ)償誤差及其補(bǔ)償原因原因：電極非完全的歐姆接觸而形成：電極非

6、完全的歐姆接觸而形成 的整流效應(yīng)。的整流效應(yīng)。 霍爾式傳感器霍爾式傳感器第15頁(yè)/共48頁(yè) 半導(dǎo)體材料的電阻率、遷移率、載半導(dǎo)體材料的電阻率、遷移率、載流子濃度等容易受溫度影響，從而影流子濃度等容易受溫度影響，從而影響霍爾元件的輸出變化，即產(chǎn)生響霍爾元件的輸出變化，即產(chǎn)生溫度溫度誤差誤差。二、霍爾器件二、霍爾器件 誤差及其補(bǔ)償誤差及其補(bǔ)償v 溫度誤差溫度誤差霍爾式傳感器霍爾式傳感器第16頁(yè)/共48頁(yè)電路補(bǔ)償電路補(bǔ)償二、霍爾器件二、霍爾器件 誤差及其補(bǔ)償誤差及其補(bǔ)償v 溫度誤差溫度誤差 措施措施選擇溫度系數(shù)小的材料選擇溫度系數(shù)小的材料霍爾式傳感器霍爾式傳感器第17頁(yè)/共48頁(yè) A、恒流源供電恒流

7、源供電二、霍爾器件二、霍爾器件 誤差及其補(bǔ)償誤差及其補(bǔ)償RpI霍爾式傳感器霍爾式傳感器第18頁(yè)/共48頁(yè)B、選擇合適的串、并、負(fù)載電阻選擇合適的串、并、負(fù)載電阻C、采用溫度補(bǔ)償元件（如熱敏電阻）采用溫度補(bǔ)償元件（如熱敏電阻）D、橋路補(bǔ)償橋路補(bǔ)償二、霍爾器件二、霍爾器件 誤差及其補(bǔ)償誤差及其補(bǔ)償霍爾式傳感器霍爾式傳感器第19頁(yè)/共48頁(yè)符號(hào)符號(hào)等效電橋等效電橋三、基本電路三、基本電路霍爾式傳感器霍爾式傳感器第20頁(yè)/共48頁(yè) 由霍爾元件、差分放大器和射極跟由霍爾元件、差分放大器和射極跟隨器組成。輸出電壓和加在霍爾元件上隨器組成。輸出電壓和加在霍爾元件上的磁感強(qiáng)度的磁感強(qiáng)度B成比例，這類電路有很高

8、成比例，這類電路有很高的靈敏度和優(yōu)良的線性度，適用于各種的靈敏度和優(yōu)良的線性度，適用于各種磁場(chǎng)檢測(cè)。磁場(chǎng)檢測(cè)。v 線性電路線性電路三、基本電路三、基本電路霍爾式傳感器霍爾式傳感器第21頁(yè)/共48頁(yè)XVoVccVoBv 線性電路線性電路三、基本電路三、基本電路霍爾式傳感器霍爾式傳感器第22頁(yè)/共48頁(yè)v 開關(guān)電路開關(guān)電路 霍爾開關(guān)電路霍爾開關(guān)電路又稱霍爾數(shù)字電路，又稱霍爾數(shù)字電路，由穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器，斯由穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成。密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成。 三、基本電路三、基本電路霍爾式傳感器霍爾式傳感器第23頁(yè)/共48頁(yè)XVoVccVoBv 開關(guān)電路開關(guān)電路

9、三、基本電路三、基本電路霍爾式傳感器霍爾式傳感器第24頁(yè)/共48頁(yè) 霍爾傳感器是一種霍爾傳感器是一種磁傳感器磁傳感器和和磁磁電轉(zhuǎn)換元件電轉(zhuǎn)換元件，檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，另，檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，另外各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合都可以應(yīng)用。外各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合都可以應(yīng)用。 四、應(yīng)用四、應(yīng)用霍爾式傳感器霍爾式傳感器第25頁(yè)/共48頁(yè)（1 1）直接測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度；）直接測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度；IBkUHH=1 1、應(yīng)用范圍與特點(diǎn)、應(yīng)用范圍與特點(diǎn)（2 2）衍生：電流、電壓、位移、力、）衍生：電流、電壓、位移、力、 速度、加速度等，人為的附加磁場(chǎng)。速度、加速度等，人為的附加磁場(chǎng)。 四、應(yīng)用四、應(yīng)用霍爾式傳感器霍爾式傳感器第26頁(yè)/共

10、48頁(yè)1 1）體積小，重量輕，功耗小，可靠性好；）體積小，重量輕，功耗小，可靠性好；2 2）響應(yīng)頻率高（可達(dá)）響應(yīng)頻率高（可達(dá)1 1MHMHZ Z）；）；3 3）非接觸式、可用于特殊應(yīng)用環(huán)境；非接觸式、可用于特殊應(yīng)用環(huán)境；4 4）易于集成。）易于集成。線性、非機(jī)械、半導(dǎo)體線性、非機(jī)械、半導(dǎo)體1 1、應(yīng)用范圍與特點(diǎn)、應(yīng)用范圍與特點(diǎn)四、應(yīng)用四、應(yīng)用霍爾式傳感器霍爾式傳感器第27頁(yè)/共48頁(yè)1 1）霍爾線性器件霍爾線性器件的精度高、線性度好；的精度高、線性度好；2 2）霍爾開關(guān)器件霍爾開關(guān)器件無觸點(diǎn)、無磨損、輸無觸點(diǎn)、無磨損、輸 出波形清晰、無抖動(dòng)、無回跳、位置出波形清晰、無抖動(dòng)、無回跳、位置 重復(fù)

11、精度高。重復(fù)精度高。1 1、應(yīng)用范圍與特點(diǎn)、應(yīng)用范圍與特點(diǎn)四、應(yīng)用四、應(yīng)用霍爾式傳感器霍爾式傳感器第28頁(yè)/共48頁(yè)a a）對(duì)移對(duì)移 b b）側(cè)移側(cè)移 c c）旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) d d）遮斷遮斷2 2、應(yīng)用實(shí)例、應(yīng)用實(shí)例位移、速度位移、速度四、應(yīng)用四、應(yīng)用霍爾式傳感器霍爾式傳感器第29頁(yè)/共48頁(yè)檢測(cè)齒輪的速度、齒形、齒數(shù)檢測(cè)齒輪的速度、齒形、齒數(shù) 2 2、應(yīng)用實(shí)例、應(yīng)用實(shí)例齒輪檢測(cè)齒輪檢測(cè)四、應(yīng)用四、應(yīng)用霍爾式傳感器霍爾式傳感器第30頁(yè)/共48頁(yè)2 2、應(yīng)用實(shí)例、應(yīng)用實(shí)例齒輪檢測(cè)齒輪檢測(cè)四、應(yīng)用四、應(yīng)用霍爾式傳感器霍爾式傳感器第31頁(yè)/共48頁(yè)汽車防抱死（汽車防抱死（ABS）系統(tǒng)霍爾傳感器系統(tǒng)霍爾傳

12、感器2 2、應(yīng)用實(shí)例、應(yīng)用實(shí)例ABSABS四、應(yīng)用四、應(yīng)用霍爾式傳感器霍爾式傳感器第32頁(yè)/共48頁(yè)2 2、應(yīng)用實(shí)例、應(yīng)用實(shí)例ABSABS四、應(yīng)用四、應(yīng)用霍爾式傳感器霍爾式傳感器第33頁(yè)/共48頁(yè) 霍爾式輪速傳感器當(dāng)齒輪位于圖中(a)所示位置時(shí)，穿過霍爾元件的磁力線分散，磁場(chǎng)相對(duì)較弱；而當(dāng)齒輪位于圖中(b)所示位置時(shí)，穿過霍爾元件的磁力線集中，磁場(chǎng)相對(duì)較強(qiáng)。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使得穿過霍爾元件的磁力線密度發(fā)生變化，因而引起霍爾電壓的變化，霍爾元件將輸出一個(gè)毫伏(mV)級(jí)的準(zhǔn)正弦波電壓。此信號(hào)還需由電子電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的脈沖電壓。 第34頁(yè)/共48頁(yè)2 2、應(yīng)用實(shí)例、應(yīng)用實(shí)例鉗形電流表鉗形電流表四、應(yīng)用四

13、、應(yīng)用霍爾式傳感器霍爾式傳感器第35頁(yè)/共48頁(yè) 利用霍爾元件測(cè)地磁場(chǎng)，用于尋北、空間利用霍爾元件測(cè)地磁場(chǎng)，用于尋北、空間姿態(tài)等。姿態(tài)等。2 2、應(yīng)用實(shí)例、應(yīng)用實(shí)例霍爾電子羅盤霍爾電子羅盤四、應(yīng)用四、應(yīng)用霍爾式傳感器霍爾式傳感器第36頁(yè)/共48頁(yè)3 3 磁柵式傳感器磁柵式傳感器 與容柵式傳感器非常相似，與容柵式傳感器非常相似，磁柵式傳感器也是一種位移傳感器。磁柵式傳感器也是一種位移傳感器。第37頁(yè)/共48頁(yè)3 3 磁柵式傳感器磁柵式傳感器q 基本原理基本原理 類似于磁帶錄音原理，把周期性類似于磁帶錄音原理，把周期性的電信號(hào)以錄磁的方式記錄在磁性的電信號(hào)以錄磁的方式記錄在磁性介質(zhì)上，通過磁頭讀出

14、該信號(hào)，當(dāng)介質(zhì)上，通過磁頭讀出該信號(hào)，當(dāng)磁頭與磁性介質(zhì)發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，磁頭與磁性介質(zhì)發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，完成位移信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)變。完成位移信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)變。第38頁(yè)/共48頁(yè)3 3 磁柵式傳感器磁柵式傳感器q 基本類型基本類型長(zhǎng)磁柵長(zhǎng)磁柵圓磁柵圓磁柵線位移線位移角位移角位移第39頁(yè)/共48頁(yè) 類似于磁帶錄音，包括磁柵（或類似于磁帶錄音，包括磁柵（或稱磁尺）、磁頭和檢測(cè)電路三部分組稱磁尺）、磁頭和檢測(cè)電路三部分組成。成。v 磁柵磁柵相當(dāng)于磁帶，錄有正弦波或矩相當(dāng)于磁帶，錄有正弦波或矩 形波的周期信號(hào)；形波的周期信號(hào)；v 磁頭磁頭把磁信號(hào)轉(zhuǎn)換稱電信號(hào)；把磁信號(hào)轉(zhuǎn)換稱電信號(hào)；v 檢測(cè)電路檢測(cè)電路對(duì)電

15、信號(hào)進(jìn)行分析、處理。對(duì)電信號(hào)進(jìn)行分析、處理。一、工作原理一、工作原理磁柵式傳感磁柵式傳感器器第40頁(yè)/共48頁(yè)1 1、磁柵、磁柵N SN SN SN SS NS NS N磁性薄膜磁性薄膜基體基體節(jié)距節(jié)距W一、工作原理一、工作原理磁柵式傳感器磁柵式傳感器第41頁(yè)/共48頁(yè) 在鐵芯上繞了一個(gè)線圈，構(gòu)成磁頭，在鐵芯上繞了一個(gè)線圈，構(gòu)成磁頭，當(dāng)磁頭沿著磁柵表面移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生感當(dāng)磁頭沿著磁柵表面移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)磁頭運(yùn)動(dòng)的速度不同時(shí)，應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)磁頭運(yùn)動(dòng)的速度不同時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小不一樣，靜止時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小不一樣，靜止時(shí)，沒有信號(hào)，所以動(dòng)態(tài)磁頭也叫速度響沒有信號(hào)，所以動(dòng)態(tài)磁頭也叫速度響應(yīng)式

16、磁頭。應(yīng)式磁頭。2 2、磁頭、磁頭動(dòng)態(tài)磁頭動(dòng)態(tài)磁頭一、工作原理一、工作原理磁柵式傳感器磁柵式傳感器第42頁(yè)/共48頁(yè)v v2 2、磁頭、磁頭動(dòng)態(tài)磁頭動(dòng)態(tài)磁頭一、工作原理一、工作原理N SN SN SN SS NS NS N磁柵式傳感器磁柵式傳感器第43頁(yè)/共48頁(yè) 也稱磁通響應(yīng)式，通過也稱磁通響應(yīng)式，通過Ui作用改變作用改變磁阻來調(diào)制輸出信號(hào)。磁阻來調(diào)制輸出信號(hào)。UiUo2 2、磁頭、磁頭靜態(tài)磁頭靜態(tài)磁頭一、工作原理一、工作原理磁柵式傳感器磁柵式傳感器第44頁(yè)/共48頁(yè)2 2、磁頭、磁頭靜態(tài)磁頭靜態(tài)磁頭一、工作原理一、工作原理N SN SN SN SS NS NS Nv v磁柵式傳感器磁柵式傳感器第46頁(yè)/共48頁(yè)第45頁(yè)/共48頁(yè) 具有柵式傳感器的一般特點(diǎn)；具有柵式傳感器