感测技术实验四指导书(新版)

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1、实验四位移测量实验（二）—、实验目的：1.了解霍尔式传感器原理与应用；2.了解光纤位移传感器的工作原理和性能。3.了解超声波在介质屮的传播特性及超声波传感器测量距离的原理。二、基本原理：1.霍尔式传感器霍尔式传感器是一种磁敏传感器，基于霍尔效应原理工作。它将被测量的磁场变化（或以磁场为媒体）转换成电动势输出。霍尔效应是具有载流子的半导体同时处在电场和磁场中而产生电势的一种现象。如图4—1（带止电的载流了）所示，把一块宽为4厚为d的导电板放在磁感应强度为B的磁场屮，并在导电板屮通以纵向电流/,此时在板的横向两侧

2、而图4—1霍尔效应原理4之间就呈现出一定的电势差，这一现象称为霍尔效应（霍尔效应可以用洛伦兹力来解释）,所产生的电势羌Uh称霍尔电压。霍尔效应的数学表达式为：（4-1）d式中：/?h=-1/（ne）是由半导体木身载流了迁移率决定的物理常数，称为霍尔系数；Kh=Rh/d灵敏度系数，与材料的物理性质和几何尺寸冇关。具有上述霍尔效应的元件称为霍尔元件，霍尔元件大多采用N型半导体材料（金属材料屮自由电子浓度n很高，因此心很小，使输出〃h极小，不宜作霍尔元件），厚度d只有lym实验四位移测量实验（二）—、实验目的：1.

3、了解霍尔式传感器原理与应用；2.了解光纤位移传感器的工作原理和性能。3.了解超声波在介质屮的传播特性及超声波传感器测量距离的原理。二、基本原理：1.霍尔式传感器霍尔式传感器是一种磁敏传感器，基于霍尔效应原理工作。它将被测量的磁场变化（或以磁场为媒体）转换成电动势输出。霍尔效应是具有载流子的半导体同时处在电场和磁场中而产生电势的一种现象。如图4—1（带止电的载流了）所示，把一块宽为4厚为d的导电板放在磁感应强度为B的磁场屮，并在导电板屮通以纵向电流/,此时在板的横向两侧而图4—1霍尔效应原理4之间就呈现出一定的

4、电势差，这一现象称为霍尔效应（霍尔效应可以用洛伦兹力来解释）,所产生的电势羌Uh称霍尔电压。霍尔效应的数学表达式为：（4-1）d式中：/?h=-1/（ne）是由半导体木身载流了迁移率决定的物理常数，称为霍尔系数；Kh=Rh/d灵敏度系数，与材料的物理性质和几何尺寸冇关。具有上述霍尔效应的元件称为霍尔元件，霍尔元件大多采用N型半导体材料（金属材料屮自由电子浓度n很高，因此心很小，使输出〃h极小，不宜作霍尔元件），厚度d只有lym实验四位移测量实验（二）—、实验目的：1.了解霍尔式传感器原理与应用；2.了解光纤位

5、移传感器的工作原理和性能。3.了解超声波在介质屮的传播特性及超声波传感器测量距离的原理。二、基本原理：1.霍尔式传感器霍尔式传感器是一种磁敏传感器，基于霍尔效应原理工作。它将被测量的磁场变化（或以磁场为媒体）转换成电动势输出。霍尔效应是具有载流子的半导体同时处在电场和磁场中而产生电势的一种现象。如图4—1（带止电的载流了）所示，把一块宽为4厚为d的导电板放在磁感应强度为B的磁场屮，并在导电板屮通以纵向电流/,此时在板的横向两侧而图4—1霍尔效应原理4之间就呈现出一定的电势差，这一现象称为霍尔效应（霍尔效应可以

6、用洛伦兹力来解释）,所产生的电势羌Uh称霍尔电压。霍尔效应的数学表达式为：（4-1）d式中：/?h=-1/（ne）是由半导体木身载流了迁移率决定的物理常数，称为霍尔系数；Kh=Rh/d灵敏度系数，与材料的物理性质和几何尺寸冇关。具有上述霍尔效应的元件称为霍尔元件，霍尔元件大多采用N型半导体材料（金属材料屮自由电子浓度n很高，因此心很小，使输出〃h极小，不宜作霍尔元件），厚度d只有lym左右。霍尔传感器有霍尔元件和集成霍尔传感器两种类型。集成霍尔传感器是把霍尔元件、放大器等做在一个芯片上的集成电路型结构，与霍尔

7、元件相比，它具有微型化、灵敏度高、可靠性高、寿命长、功耗低、负载能力强以及使用方便等等优点。本实验采用的霍尔式位移（小位移liwn〜2mm）传感器是由线性霍尔元件、永久磁钢组成。霍尔式位移传感器的工作原理和实验电路原理如图4—2（a）、（b）所示。将磁场强度相同的两块永久磁钢同极性相对放置着，线性霍尔元件置于两块磁钢间的中点，其磁感应强度为0,（b）实验电路原理图4-2霍尔式位移传感器工作原理图设这个位置为位移的零点，即X=0,因磁感应强度B=0,由霍尔效应公式Uh=KhIB可知输出电压〃h=0。当霍尔元件沿

8、X轴有位移时，由于B#0,则有电压J/h输出，Uh经差动放大器放大输出为V。V与X有一一对应的特性关系。次注意：线性霍尔元件有四个引线端。涂黑二端是电源输入激励端，另外二端是输出端。接线时，电源输入激励端与输出端千万不能颠倒，否则霍尔元件就损坏。1.光纤位移传感器光纤传感器主要分为两类：功能型光纤传感器及非功能型光纤传感器（也称为物性型和结构型）。功能型光纤传感器利用对外界信息具有墩感能力和检测功能