《电磁传感器原理与应用》课件.ppt

电磁传感器原理与应用电磁传感器技术进展与现代工业发展息息相关

课程概述课程目标掌握电磁传感器基本原理学习内容电磁传感器类型及应用领域考核方式

第一章：电磁传感器基础基础理论电磁场基本原理法拉第感应定律工作机制能量转换过程电磁信号检测方法应用领域工业自动化医疗设备智能家居

1.1传感器定义基本概念能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的装置实现物理量、化学量转换为电信号的装置工程重要性工业自动化的关键组件数据采集的前端设备控制系统的感知来源

1.2电磁传感器分类工作原理分类磁电式霍尔效应式电磁感应式1应用领域分类工业自动化汽车电子医疗器械2输出信号形式模拟量输出数字量输出开关量输出3测量对象分类位移传感器速度传感器电流传感器4

1.3电磁传感器基本特性静态特性灵敏度线性度迟滞重复性零点漂移动态特性响应时间频率响应阶跃响应相位延迟过渡过程

1.4电磁传感器性能指标灵敏度输出量变化与输入量变化的比值线性度特性曲线与理想直线的偏离程度分辨率能够检测的最小变化量精确度测量值与真实值的接近程度

第二章：电磁感应原理应用发电机、变压器、传感器原理法拉第电磁感应定律和楞次定律基础电磁场理论和麦克斯韦方程组

2.1电磁感应定律法拉第定律感应电动势等于磁通量变化率的负值公式表达ε=-dΦ/dt楞次定律感应电流方向阻碍磁通量的变化

2.2磁场基本概念磁感应强度表征磁场强弱的物理量，单位为特斯拉(T)磁通量穿过某一面积的磁感应线条数，单位为韦伯(Wb)磁场强度与材料无关的磁场量，单位为安/米(A/m)

2.3磁路分析磁路等效电路类比电路分析方法磁阻概念磁路中对磁通的阻碍作用磁路计算应用欧姆定律求解磁通量

2.4电磁转换原理电能电流产生磁场磁能磁场储存能量转换磁场变化产生电动势循环利用能量形式不断转换

第三章：霍尔效应传感器1879发现年份埃德温·霍尔发现霍尔效应10-100灵敏度范围mV/mT量级的输出灵敏度1μT最小检测限高精度霍尔元件检测限

3.1霍尔效应原理物理机制带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用电荷在半导体两侧积累形成电势差霍尔电压公式VH=(I×B)/(n×e×t)I：电流，B：磁感应强度n：载流子浓度，e：电子电荷t：材料厚度

3.2霍尔元件结构半导体材料主要选择砷化镓、锑化铟等高迁移率材料通过半导体薄膜沉积和微电子工艺制作

3.3霍尔传感器类型开关型霍尔传感器磁场达到阈值输出开关信号广泛应用于位置检测和计数线性霍尔传感器输出电压与磁场强度成比例适用于精确测量磁场变化集成型霍尔传感器内含信号处理电路具有温度补偿和数字接口

3.4霍尔传感器应用应用领域具体用途优势位置检测限位开关、接近开关非接触、可靠性高速度测量转速传感器、车轮速度响应快、寿命长电流检测电流表、过流保护电气隔离、线性好

第四章：磁电式传感器工业自动化汽车电子消费电子医疗设备其他领域

4.1磁电式传感器原理变磁通原理通过改变磁通量产生感应电动势恒磁通原理通过感应电流保持磁通量不变感应电动势电动势大小与磁通变化率成正比

4.2磁电式传感器结构永磁体提供稳定磁场，常用钕铁硼、铁氧体等材料线圈系统感应电动势的关键部件，通常为多匝铜线铁芯结构导磁材料，增强磁场强度，引导磁力线

4.3磁电式传感器类型速度传感器输出电压与速度成正比常用于测量转速、振动加速度传感器输出信号与加速度相关应用于振动分析、冲击测试位移传感器检测物体位置变化线性范围宽，精度高

4.4磁电式传感器应用振动测量工业设备故障诊断结构健康监测地震检测地震波形记录早期预警系统工业自动化位置反馈控制速度测量与监控

第五章：电磁式传感器1发展初期简单结构，模拟输出2技术成熟多种结构形式，应用广泛3数字化时代集成信号处理，智能化发展4未来趋势微型化，高精度，网络化

5.1电磁式传感器原理电磁感应原理导体在变化磁场中产生电动势输出信号与磁通变化率成正比涡流效应变化磁场在导体中产生涡流涡流产生的磁场与原磁场相互作用通过检测涡流变化获取信息

5.2电磁式传感器结构励磁线圈产生变化磁场的电源部分检测线圈感应电动势并输出信号磁芯结构集中和引导磁力线屏蔽装置防止外部磁场干扰

5.3电磁式传感器类型差动变压器式传感器原边线圈励磁，副边线圈感应输出电压与位移成比例电涡流式传感器利用涡流阻抗效应检测导电体位置和特性电磁流量计基于法拉第定律测量导电液体流量

5.4电磁式传感器应用位移测量机床进给系统液压缸位置反馈厚度测量金属板材厚度检测涂层厚度监控缺陷检测金属构件裂纹探测焊缝质量检查流量测量工业液体流量监测水处理设施流量控制

第六章：磁阻式传感器基本原理材料电阻随磁场变化的特性关键技术磁阻材料与微电子加工工艺应用领域硬盘读头、电子罗盘、位置检测未来发展高灵敏度、低功耗、多功能集成

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