第七章 磁敏式傳感器

1同學(xué)們好！2第七章磁敏式傳感器磁敏傳感器磁場電能測量原理：半導(dǎo)體材料中的自由電子及空穴隨磁場改變其運動方向結(jié)構(gòu)結(jié)型體型磁敏二極管磁敏三極管——霍爾傳感器磁敏電阻——MagneticSensor3§7-1霍爾傳感器半導(dǎo)體HallTransducer一、霍爾效應(yīng)1、定義HalleffectDefinition傳感器技術(shù)——第七章——霍爾元件靈敏度——霍爾電勢42、霍爾電勢的產(chǎn)生N型半導(dǎo)體：傳感器技術(shù)——第七章洛侖茲力電場力動態(tài)平衡電流P型：令霍爾系數(shù)5半導(dǎo)體絕緣體金屬材料：鍺、硅、砷化鎵、砷化銦、銻化銦靈敏度低、溫度特性及線性度好靈敏度最高、受溫度影響大輸入1輸入2輸出1輸出2磁性頂端引線襯底霍爾元件濺射工藝制作的銻化銦霍爾元件傳感器技術(shù)——第七章或或6二、主要技術(shù)參數(shù)及特點（1）額定激勵電流

IH——霍爾元件溫升10℃時所加的電流（2）不平衡電勢U0不等位電勢、零位電勢——IH、B=0、空載霍爾電勢原因：兩個霍爾電極不在同一等位面上材料不均勻、工藝不良傳感器技術(shù)——第七章焦?fàn)枱嵘帷砻嫔嵯禂?shù)7（3）輸入電阻Ri

、輸出電阻R0Ri

——控制電流電極間的電阻R0——輸出霍爾電勢電極間的電阻B=0歐姆表（4）霍爾電壓VH0.10.20.30.42502001501005000.10.20.30.4250200150100500（5）霍爾電壓的溫度特性負(fù)溫度特性傳感器技術(shù)——第七章8霍爾元件的主要技術(shù)指標(biāo)傳感器技術(shù)——第七章9三、霍爾元件連接方式和輸出電路特點：（1）測量磁物理量、電量及其它相關(guān)物理量（2）實現(xiàn)乘法運算，構(gòu)成各種非線性運算部件（3）輸出信號的信噪比大（4）頻率范圍寬：直流~數(shù)百千赫茲（5）體積小、重量輕（6）穩(wěn)定性好、壽命長傳感器技術(shù)——第七章1、基本測量電路2、霍爾元件連接方式

控制電流端并聯(lián)輸出電勢：2倍E++++++++++----------直流供電方式：控制電流端串聯(lián)次級繞阻疊加輸出~交流供電方式：傳感器技術(shù)——第七章113、霍爾電勢的輸出電路四端器件，輸出電勢：mV量級線性應(yīng)用：比例放大器線性度好、低噪聲放大器開關(guān)應(yīng)用：射極跟隨器靈敏度高、一般放大器傳感器技術(shù)——第七章12四、測量誤差及補償半導(dǎo)體固有特性半導(dǎo)體制造工藝缺陷零位誤差溫度誤差A(yù)、B同一等位面：U0=0、電橋平衡A、B非同一等位面：U0=0、電橋不平衡電橋補償原理：在阻值較大的橋臂上并聯(lián)電阻Measuringerrorandcompensation1、零位誤差及補償Nullerror&compensation傳感器技術(shù)——第七章13（a）（b）（c）傳感器技術(shù)——第七章142、溫度誤差及補償電阻率、遷移率、載流子濃度：T霍爾元件內(nèi)阻、霍爾電勢：T霍爾效應(yīng)集成電路技術(shù)開關(guān)信號磁敏傳感器Temperatureerror&compensation五、霍爾開關(guān)集成傳感器Hallswitchedintegratedsensor傳感器技術(shù)——第七章1、結(jié)構(gòu)及工作原理穩(wěn)壓材料：硅工藝：硅平面工藝提高靈敏度N型硅外延層很薄集成工藝工作原理：有磁場：VH，放大，整形：>開啟閾值，高電平

VT導(dǎo)通，具有吸收電流的負(fù)載能力磁場減弱：VH減小，放大，整形：<關(guān)閉閾值，翻轉(zhuǎn)，低電平，VT截止開狀態(tài)關(guān)狀態(tài)傳感器技術(shù)——第七章162、工作特性1210864203、接口電路3020T外形應(yīng)用電路傳感器技術(shù)——第七章——工作點“開”——釋放點“關(guān)”——磁滯高

低，開狀態(tài)低高，關(guān)狀態(tài)17KK傳感器技術(shù)——第七章4、磁場施加方式2.557.51012.51517.5200.100.090.080.070.060.050.040.030.020.010（1）磁鐵軸心接近式兩軸心方向重合2.557.51012.51517.5200.100.090.080.070.060.050.040.030.020.010（2）磁鐵側(cè)向滑近式兩平面距離不變磁鐵軸線與傳感器平面垂直傳感器技術(shù)——第七章02.557.5100.100.080.060.040.02

（3）采用磁力集中器增加

傳感器的磁感應(yīng)強度傳感器技術(shù)——第七章六、霍爾線性集成傳感器1、結(jié)構(gòu)及工作原理輸出電壓與外加磁場強度呈線性比例關(guān)系構(gòu)成：霍爾元件、放大器、穩(wěn)壓、電流放大輸出級、失調(diào)調(diào)整、線性度調(diào)整穩(wěn)壓單端輸出：SL3501T雙端輸出：SL3501M穩(wěn)壓Halllinearintegratedsensor傳感器技術(shù)——第七章2、主要技術(shù)特性-0.3-0.2–0.100.10.20.35.64.63.62.61.6

SL3501T輸出特性曲線0.040.080.120.160.200.240.280.322.52.01.51.00.50SL3501M輸出特性曲線霍爾線性集成傳感器的技術(shù)參數(shù)傳感器技術(shù)——第七章22七、霍爾傳感器的應(yīng)用磁場梯度越大，靈敏度越高磁場梯度越均勻，輸出線性越好測量范圍：1~2mmApplicationofHallsensor傳感器技術(shù)——第七章1、霍爾位移傳感器232、磁感應(yīng)強度測量儀傳感器技術(shù)——第七章3、直流功率測量儀ASL3501M：霍爾線性集成傳感器RP1：調(diào)整表頭量程RP2：調(diào)零

C1：低通濾波測量上限：0.3TV244、轉(zhuǎn)速測量永磁體安裝在軸端永磁體安裝在軸側(cè)傳感器技術(shù)——第七章255、測量電流測量大直流電流（10kA）：電阻器分流霍爾元件測量電流：檢測通電導(dǎo)線周圍的磁場（1）導(dǎo)線旁測法簡單、測量精度差、受外界干擾大（2）導(dǎo)線貫穿磁芯法環(huán)形鐵芯集中磁力線，提高電流測量精度傳感器技術(shù)——第七章266、測量表面覆蓋層厚度鐵磁性物質(zhì)非磁性涂層0

123500400300200100傳感器技術(shù)——第七章7、自動憑票供水裝置控制電路參考書：黃繼昌等編，《傳感器工作原理及應(yīng)用實例》，人民郵電出版社，1998傳感器技術(shù)——第七章28作業(yè)：自動憑票供水裝置的控制電路設(shè)計控制電路光盤：教學(xué)內(nèi)容/ch07傳感器技術(shù)——第七章§7-2磁敏電阻器Magneto-resistor一、磁阻效應(yīng)——載流導(dǎo)體置于磁場中，其電阻隨磁場而變化Magneto-resistiveeffect傳感器技術(shù)——第七章磁阻效應(yīng)方程：溫度恒定、弱磁場、只有電子導(dǎo)電——磁感應(yīng)強度為B時的電阻率——零磁場下的電阻率——電子遷移率——磁感應(yīng)強度式中，電阻率變化：電阻率相對變化：磁敏電阻：InSb、InAs30二、磁敏電阻的原理及特性1、原理傳感器技術(shù)——第七章3101234567891020

151051l/b=3l/b=1l/b=1/3科爾比諾圓盤2、結(jié)構(gòu)傳感器技術(shù)——第七章——形狀效應(yīng)系數(shù)——電阻長度——電阻寬度32

-5-3-10135700

600

500

400

300

200

100

020406080150100503、特性傳感器技術(shù)——第七章33§7-3磁敏二極管和磁敏三極管PN結(jié)型的磁電轉(zhuǎn)換元件I區(qū)：高阻本征區(qū)P、N：重?fù)诫s區(qū)P-I-N結(jié)I區(qū)兩側(cè)處理：光滑：I面打毛：復(fù)合面（r面）一、磁敏二極管1、結(jié)構(gòu)Magneto-diode傳感器技術(shù)——第七章2、工作原理磁場H=0：少量電子和空穴在I區(qū)、r區(qū)復(fù)合正向磁場H+

：電子和空穴偏向r區(qū)，電流因復(fù)合增大而減小反向磁場H-：電子和空穴偏向I區(qū)，電流因復(fù)合減少而增大傳感器技術(shù)——第七章3513579根據(jù)某一電壓下的電流值可確定磁場的大小和方向。

伏安特性3、主要技術(shù)特性及參數(shù)4、特點（1）靈敏度高：測量弱磁場（2）具有正反磁靈敏度（3）線性范圍較窄傳感器技術(shù)——第七章365、應(yīng)用例：漏磁探傷儀顯示儀表激勵線圈放大器鐵芯鋼棒裂紋磁敏二極管探頭鋼棒：轉(zhuǎn)動、磁化顯示儀表激勵線圈放大器鐵芯鋼棒磁敏二極管探頭無損傷部分：閉合磁路、無泄漏磁通，無輸出信號裂紋：泄漏磁通、磁敏二極管探頭輸出