第6节 磁电式传感器.ppt

6.1.5 磁电感应式传感器基本测量电路 磁电式传感器直接输出感应电势, 且传感器通常具有较高的灵敏度, 所以一般不需要高增益放大器。但磁电式传感器是速度传感器, 若要获取被测位移或加速度信号, 则需要配用积分或微分电路。 6.1.5 磁电感应式传感器基本测量电路 当测量电路接入磁电传感器电路时，如图6-3所示，磁电传感器的输出电流I为 传感器的输出电压： 6.2.4霍尔传感器的应用 霍尔转速测量 * * * * * * * * 第6章 磁电式传感器 6.1 磁电感应式传感器 6.2 霍尔式传感器 6.1 磁电感应式传感器 磁电感应式传感器又称磁电式传感器， 是利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。它不需要辅助电源， 就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。 由于它输出功率大， 且性能稳定，具有一定的工作带宽（10～1000 Hz），所以得到普遍应用。 6.1.1 磁电感应式传感器工作原理 根据电磁感应定律，当导体在稳恒均匀磁场中，沿垂直磁场方向运动时，导体内产生的感应电势为 式中: B——稳恒均匀磁场的磁感应强度； l——导体有效长度； v——导体相对磁场的运动速度。 当一个W匝线圈相对静止地处于随时间变化的磁场中时，设穿过线圈的磁通为φ，则线圈内的感应电势e与磁通变化率dφ/dt有如下关系： 根据以上原理，人们设计出两种磁电式传感器结构：变磁通式和恒磁通式。变磁通式又称为磁阻式， 图6-1是变磁通式磁电传感器，用来测量旋转物体的角速度。 图6-1（a）为开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动， 测量齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿， 齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次， 线圈中产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的乘积。这种传感器结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速的场合。 图6-1(b)为闭磁路变磁通式传感器，它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮、永久磁铁和感应线圈组成，内外齿轮齿数相同。 当转轴连接到被测转轴上时，外齿轮不动，内齿轮随被测轴而转动，内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化，从而引起磁路中磁通的变化，使线圈内产生周期性变化的感应电动势。 显然， 感应电势的频率与被测转速成正比。 磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙固定不变，因而气隙中磁通也是恒定不变的。 其运动部件可以是线圈（动圈式图6-2（a））），也可以是磁铁（动铁式图6-2（b）），动圈式和动铁式的工作原理是完全相同的。 当壳体随被测振动体一起振动时，由于弹簧较软，运动部件质量相对较大， 当振动频率足够高（远大于传感器固有频率）时，运动部件惯性很大，来不及随振动体一起振动， 近乎静止不动，振动能量几乎全被弹簧吸收，永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速度，磁铁与线圈的相对运动切割磁力线， 从而产生感应电势为 式中：B0——工作气隙磁感应强度；  l——每匝线圈平均长度；  N——线圈在工作气隙磁场中的匝数；  v——相对运动速度。 6.1.2 磁电感应式传感器基本特性 当测量电路接入磁电传感器电路时，如图6-3所示，磁电传感器的输出电流Io为 式中： Rf——测量电路输入电阻；  R——线圈等效电阻。 传感器的电流灵敏度为 而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为 当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、受到机械振动或冲击时，其灵敏度将发生变化，从而产生测量误差，其相对误差为 5 传感器的电流灵敏度为 电压灵敏度： 由上式知，B值大，灵敏度也大，因此要选用B值大的永磁材料；线圈的平均长度大也有助于提高灵敏度。 6.2.1霍尔效应和工作原理 1．霍尔效应 §6.2 霍尔式传感器 霍尔效应： 置于磁场中的导体（或半导体），当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向会产生电动势（霍尔电势），原因是电荷受到洛伦兹力的作用。 fL fE v EH d I b B 定向运动的电子除受到洛仑兹力外，还受到霍尔电场的作用，当fL=fE时，达到平衡，此时 霍尔系数，材料确定后为常数 灵敏度系数 霍尔电压UH为： 式中 n为半导体单位体积中的载流子数 E为电子电量 KH为霍尔元件灵敏度，KH＝1/ned 对于导体，霍尔系数一般较小，故霍耳元件一般用半导体制作，且愈小（薄），灵敏度愈高 。 2．材料及结构特点 霍尔元件一般采用具有N型的锗、锑化铟和砷化铟等半导体单晶材料制成。 1.锑化铟元件的输