傳感與檢測(cè)技術(shù)課件：ch9-ch10-磁電和霍爾傳感器

1、 第9章 磁電式傳感器 第10章 霍爾式傳感器7/31/20221概述 磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)量（如振動(dòng)、位移、速度等）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器，也稱(chēng)電磁感應(yīng)傳感器。原理：根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)N匝線圈在恒定磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)穿過(guò)線圈的磁通為，則線圈內(nèi)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì): e= - Nd/dt 可見(jiàn)，線圈中感應(yīng)電勢(shì)的大小與線圈匝數(shù)和穿過(guò)線圈的磁通變化率有關(guān)。 一般情況下，匝數(shù)固定，磁通變化率與磁場(chǎng)強(qiáng)度B、磁路磁阻Rm、線圈的運(yùn)動(dòng)速度v有關(guān)；改變其中任一參數(shù)，都會(huì)改變線圈中的感應(yīng)電勢(shì)。分類(lèi)：按結(jié)構(gòu)方式不同，分為動(dòng)圈式和磁阻式兩大類(lèi)。9. 磁電式傳感器7/31/202229. 磁電式傳感器

2、9.1 動(dòng)圈式磁電傳感器 動(dòng)圈式磁電傳感器又可分為線速度型與角速度型。1）線速度型傳感器工作原理 如圖所示，在永久磁鐵產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的直流磁場(chǎng)內(nèi)，放置一可動(dòng)線圈，當(dāng)線圈沿垂直磁場(chǎng)的方向以相對(duì)磁場(chǎng)的速度v直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，它產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： e=-NBlv式中，N線圈匝數(shù)； l單匝線圈的有效長(zhǎng)度。 上式表明，當(dāng)B, N和l 恒定不變時(shí)，可根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的大小計(jì)算出被測(cè)線速度v的大小。7/31/202239.1 動(dòng)圈式磁電傳感器2）角速度型傳感器工作原理 如圖所示，線圈在磁場(chǎng)中以角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： e= - kNBS式中, S單匝線圈的截面積； k與結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，kr2），則

3、電橋失去平衡，U0 = 0，此時(shí)就需進(jìn)行補(bǔ)償，其補(bǔ)償電路如圖c所示10. 霍爾式傳感器7/31/20221810.2 霍爾器件3）霍爾元件的溫度補(bǔ)償和不等位電勢(shì)補(bǔ)償(2) 不等位電勢(shì)補(bǔ)償電橋補(bǔ)償方法 即初始平衡的電橋因溫度變化而產(chǎn)生不平衡輸出，使這個(gè)不平衡輸出正好抵消霍爾器件因溫度變化產(chǎn)生的輸出變化。w1w2E1w3R2R3R4R1E2RtUHt10. 霍爾式傳感器7/31/20221910.2 霍爾器件4）霍爾元件的基本測(cè)量電路右圖示出了霍爾元件的基本測(cè)量電路。為獲得較大的霍爾輸出，可采用輸出疊加的連接方式（如下圖所示）。圖a為直流供電情況，圖b為交流供電情況 。10. 霍爾式傳感器7/31

4、/20222010.2 霍爾器件5）霍爾元件使用注意事項(xiàng)(1) 驅(qū)動(dòng)方式 霍爾元件驅(qū)動(dòng)方式有恒壓和恒流兩種，電路如圖下所示。(2) 散熱(3) 安裝 安裝應(yīng)堅(jiān)實(shí)牢固；不可有扭曲現(xiàn)象。 10. 霍爾式傳感器7/31/20222110.3 霍爾集成傳感器 由霍爾元件及有關(guān)電路組成的傳感器稱(chēng)為霍爾傳感器。隨著微電子技術(shù)發(fā)展，可把霍爾元件、放大器、溫度補(bǔ)償電路及穩(wěn)壓電源或恒流電源等集成在一個(gè)芯片上，由于其外形與集成電路相同，故又稱(chēng)霍爾集成電路。 1）霍爾集成傳感器分類(lèi) 霍爾傳感器的霍爾材料仍以半導(dǎo)體硅作為主要材料，按其輸出信號(hào)的形式可分為線性型和開(kāi)關(guān)型兩種。2）組成與結(jié)構(gòu)組成：穩(wěn)壓電路、霍耳元件、放大

5、與整形電路、開(kāi)路輸出 穩(wěn)壓電路：使傳感器在較寬電源電壓范圍內(nèi)工作；開(kāi)路輸出：方便傳感器與各種邏輯電路接口。10. 霍爾式傳感器7/31/20222210.3 霍爾集成傳感器3）線性型霍爾集成傳感器 線性型霍爾集成傳感器是將霍爾元件和恒流源，線性放大器等做在同一芯片上，輸出電壓較高，使用非常方便。 例如：UGN3501M是具有雙端差動(dòng)輸出特性的線性霍爾器件，UGN3501M的外形、內(nèi)部電路框圖如圖。10. 霍爾式傳感器7/31/20222310.3 霍爾集成傳感器4）開(kāi)關(guān)型霍爾集成傳感器 開(kāi)關(guān)型霍爾集成傳感器是將霍爾元件、穩(wěn)壓電路、放大器、施密特觸發(fā)器、OC門(mén)等電路做在同一芯片上。 例：開(kāi)關(guān)型霍

6、爾集成電路UGN3019，其外型與內(nèi)部電路框圖如圖所示。10. 霍爾式傳感器7/31/202224 10.4 霍爾傳感器的應(yīng)用1）應(yīng)用概述 霍爾元件及霍爾傳感器的應(yīng)用十分廣泛。 在測(cè)量領(lǐng)域，可用于磁場(chǎng)、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等的測(cè)量；在通信領(lǐng)域，可用于放大器、振蕩器、相敏檢波、混頻、分頻以及微波功率測(cè)量等；在自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，可用于無(wú)刷直流電機(jī)、速度傳感、位置傳感、自動(dòng)記數(shù)、接近開(kāi)關(guān)、霍爾自整角機(jī)構(gòu)成的伺服系統(tǒng)和自動(dòng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)等。 利用霍耳電勢(shì)與外加磁通密度成比例的特性，可借助于固定元件的控制電流，對(duì)磁量以及其他可轉(zhuǎn)換成磁量的電量、機(jī)械量和非電量等進(jìn)行測(cè)量和控制。 磁敏傳感器應(yīng)用一個(gè)重要

7、的特點(diǎn)是需要？10. 霍爾式傳感器7/31/20222510.4 霍爾傳感器的應(yīng)用2）簡(jiǎn)易高斯計(jì) 霍爾元件及傳感器廣泛用于磁場(chǎng)測(cè)量。下圖為一簡(jiǎn)易高斯計(jì)電路，它直接采用線性型霍爾傳感器 UGN-3501M。3）計(jì)數(shù)裝置 下圖是一個(gè)應(yīng)用霍爾傳感器進(jìn)行鋼球計(jì)數(shù)的裝置及電路。10. 霍爾式傳感器7/31/20222610.4 霍爾傳感器的應(yīng)用4）霍爾接近開(kāi)關(guān) 利用開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路制作的接近開(kāi)關(guān)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，如圖所示。5）霍爾轉(zhuǎn)速表 霍爾轉(zhuǎn)速表如左下圖所示。6）角位移測(cè)量?jī)x 角位移測(cè)量?jī)x其結(jié)構(gòu)如右下圖所示。10. 霍爾式傳感器7/31/20222710.4 霍爾傳感器的應(yīng)用7）汽車(chē)霍爾點(diǎn)火器 下圖a，b為霍爾電子點(diǎn)火器結(jié)構(gòu)示意圖。圖所示為霍爾電子點(diǎn)火器原理圖。 10. 霍爾式傳感器7/31/20222810.4 霍爾傳感器的應(yīng)用8）紗線定長(zhǎng)和自停裝置下一頁(yè)所示為利用霍爾開(kāi)關(guān)的紗線定長(zhǎng)和自停裝置電路圖。圖中霍爾元件H1和H2分別作為斷線和定長(zhǎng)的檢測(cè)元件。它們的實(shí)際安裝位