生物醫(yī)學(xué)傳感磁電式

關(guān)于生物醫(yī)學(xué)傳感磁電式第一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/20232第二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二利用“羅盤”定位的生物

蜜蜂、海龜?shù)仍趦?nèi)的許多生物體內(nèi)都存在著納米尺寸的磁性顆粒。這些磁性納米顆粒對(duì)于生物的定位與運(yùn)動(dòng)行為具有重要意義。第三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/20234磁電式傳感器磁電感應(yīng)效應(yīng)霍爾效應(yīng)磁電感應(yīng)式霍爾式磁電傳感器磁場(chǎng)參量電參量本章內(nèi)容：熟悉磁電感應(yīng)式傳感器工作原理及類型；掌握霍爾效應(yīng)和霍爾元件的工作原理；理解霍爾元件測(cè)量電路原理第四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/20235第五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二6線圈感生電動(dòng)勢(shì)的大小，取決于匝數(shù)W和穿過線圈的磁通變化率。磁通變化率與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁路磁阻、線圈的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，如果改變其中任何一個(gè)因素，都會(huì)改變線圈的感生電動(dòng)勢(shì)。此即磁電式傳感器所依據(jù)的工作原理。根據(jù)磁場(chǎng)中線圈的運(yùn)動(dòng)方式不同，其感應(yīng)電勢(shì)的表示式也有所不同。第六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/20237式中B——磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；

l——單匝線圈有效長(zhǎng)度；

W——有效線圈匝數(shù)，指在均勻磁場(chǎng)內(nèi)參與切割磁力線的線圈匝數(shù)；

v——線圈與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；

θ——線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角。1.線圈在磁場(chǎng)中作直線運(yùn)動(dòng)永久磁鐵產(chǎn)生一個(gè)恒定磁場(chǎng)，置于磁場(chǎng)中的線圈作直線運(yùn)動(dòng)，這時(shí)線圈所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為第七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/20238當(dāng)θ=90?時(shí)，線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)垂直時(shí)

注：當(dāng)W，B，l均為常數(shù)時(shí)，感生電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈運(yùn)動(dòng)的線速度成正比。這就是一般常見的磁電速度計(jì)的工作原理。第八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202392.線圈在磁場(chǎng)中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)線圈在永久磁鐵產(chǎn)生的恒定磁場(chǎng)中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)線圈所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為式中

A——單匝線圈的截面積；

ω——角頻率；第九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二10當(dāng)線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直，θ=90o，則線圈中的感應(yīng)電勢(shì)為：

從上可知，當(dāng)傳感器結(jié)構(gòu)己定時(shí)，參數(shù)B、A、W等均為常數(shù)，因此，感應(yīng)電勢(shì)e與線圈對(duì)磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度v或ω成正比，這就是動(dòng)圈式磁電傳感器的工作原理。第十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202311恒磁通式變磁阻式變磁通

動(dòng)圈式動(dòng)磁式N線速度型角速度型二、結(jié)構(gòu)類型第十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/2023121.恒磁通式傳感器的結(jié)構(gòu)原理

動(dòng)圈式恒磁通式第十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202313第十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202314動(dòng)鐵式v第十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202315第十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/2023162.變磁通式傳感器的結(jié)構(gòu)原理

第十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202317三、磁電式傳感器基本特性磁電傳感器的輸出電流Io為:磁電式傳感器測(cè)量電路式中：

Rf——測(cè)量電路輸入電阻；R——線圈等效電阻。

第十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202318傳感器的電流靈敏度為

傳感器的輸出電壓和電壓靈敏度分別為

磁電式傳感器在使用時(shí)存在誤差，主要為非線性誤差和溫度誤差。第十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/2023191.非線性誤差傳感器靈敏度越高，線圈中電流越大，非線性越嚴(yán)重補(bǔ)償線圈第十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202320

2.溫度誤差

當(dāng)溫度變化時(shí)，對(duì)銅線而言每攝氏度變化量為dl/l≈0.167×10-4,dR/R≈0.43×10-2，dB/B每攝氏度的變化量決定于永久磁鐵的磁性材料。對(duì)鋁鎳鈷永久磁合金，dB/B≈-0.02×10-2，這樣由上式可得近似值如下：

相對(duì)誤差熱磁分流器第二十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202321四、磁電式傳感器的測(cè)量電路

直接輸出電動(dòng)勢(shì)測(cè)量速度；

接入積分電路測(cè)量位移；接入微分電路測(cè)量加速度。第二十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202322一、霍爾效應(yīng)和霍爾元件的工作原理第二節(jié)霍爾傳感器第二十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202323第二十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202324第二十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202325霍爾系數(shù)及靈敏度：第二十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202326討論：為什么只能用半導(dǎo)體材料作霍爾元件？

金屬材料電子μ很高但ρ很小；絕緣材料ρ很高但μ很小;

故為獲得較強(qiáng)霍爾效應(yīng)，霍爾片全部采用半導(dǎo)體材料制成。電子的遷移率比空穴大，所以以N型半導(dǎo)體居多。第二十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202327第二十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202328第二十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202329第二十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202330第三十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202331第三十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202332第三十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/2023336、額定激勵(lì)電流和最大允許激勵(lì)電流：

當(dāng)霍爾元件自身溫升10℃時(shí)所流過的激勵(lì)電流稱為額定激勵(lì)電流。以元件允許最大溫升為限制所對(duì)應(yīng)的激勵(lì)電流稱為最大允許激勵(lì)電流。7、寄生直流電勢(shì)：

在外加磁場(chǎng)為零、霍爾元件用交流激勵(lì)時(shí)，霍爾電極輸出除了交流不平衡電勢(shì)外，還有一直流電勢(shì)，稱為寄生直流電勢(shì)。

第三十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202334三、霍爾元件測(cè)量電路及其傳感器1、基本測(cè)量電路變量：I或B，或者IBUHRLIEIHRB第三十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202335W1W2UH++++----直流供電輸出第三十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202336UH~交流供電輸出第三十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/2023372、霍爾傳感器（1）開關(guān)應(yīng)用+－+15VH-15VR3R1R2R4

霍爾開關(guān)集成傳感器廣泛用于點(diǎn)火系統(tǒng)、保安系統(tǒng)、按鈕開關(guān)、電流測(cè)量和控制等。第三十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202338霍爾開關(guān)集成傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖23輸出+－穩(wěn)壓VCC1霍耳元件放大BT整形地H第三十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202339輸出VoutR=2kΩ+12V123（b）應(yīng)用電路（a）外型霍耳開關(guān)集成傳感器的外型及應(yīng)用電路3020T123第三十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202340（2）線性應(yīng)用+－+15VH-15VR3R1R2R4Rf

霍爾線性集成傳感器廣泛用于位置、力、重量、厚度、速度、磁場(chǎng)、電流等的測(cè)量或控制。第四十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202341集成線性傳感器的電路結(jié)構(gòu)框圖23輸出+－穩(wěn)壓VCC1霍耳元件放大地H第四十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202342四、霍爾元件的測(cè)量誤差補(bǔ)償方法1、零位誤差及補(bǔ)償方法零位誤差：霍爾元件在加控制電流但不加外磁場(chǎng)時(shí)出現(xiàn)的霍爾電勢(shì)。主要為不等位電勢(shì)。DR1R2R4BACR3R4不等位電勢(shì)霍爾元件的等效電路第四十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202343幾種常用補(bǔ)償方法WCDAR2R3R4R1BWCDAR2R3R4R1BBWDAR2R3R4R1CWABCDWABCD(b)WCABD第四十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202344第四十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202345第四十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202346第四十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202347（2）利用輸入回路串聯(lián)電阻進(jìn)行補(bǔ)償?shù)谒氖唔?，共六十四頁，編輯?023年，星期二3/23/202348第四十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202349第四十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202350第五十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/202351（3）利用熱敏電阻進(jìn)行補(bǔ)償?shù)谖迨豁?，共六十四頁，編輯?023年，星期二3/23/202352（4）利用補(bǔ)償電橋進(jìn)行補(bǔ)償?shù)谖迨?，共六十四頁，編輯?023年，星期二3/23/2023531、測(cè)量磁場(chǎng)的大小和方向電位差計(jì)mAESNR霍耳傳感器測(cè)磁原理示意圖五、霍爾傳感器應(yīng)用第五十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/2023542、霍爾式微位移傳感器

UH量值大小反映出霍爾元件與磁鐵之間相對(duì)位置的變化量。動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)5mm，分辨率為0.001mm。

第五十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/2023553、霍爾電流變換器第五十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二4.霍爾式微壓力傳感器第五十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/2023575、利用霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)無接觸式仿型加工探頭模型銑刀工件電機(jī)電機(jī)霍爾傳感器第五十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/2023586、霍爾計(jì)數(shù)裝置霍爾開關(guān)傳感器絕緣板磁鐵NS+12VSL3051ASVT+VCR5RLR4R3R1R2計(jì)數(shù)器第五十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/2023597、汽車霍爾電子點(diǎn)火器霍爾傳感器隔磁罩磁鋼缺口霍爾傳感器隔磁罩磁鋼缺口

當(dāng)缺口對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，磁通通過霍爾傳感器形成閉合回路，電路導(dǎo)通，霍爾電路輸出≤0.4V的低電平；當(dāng)隔磁罩豎邊的凸出部分擋在霍爾元件和磁體之間時(shí)，電路截止，霍爾電路輸出高電平。

第五十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期二3/23/2023608、非接觸式鍵盤開關(guān)第六十頁，共六十四頁，編輯