磁电式传感器(吴建平)

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1、传感器原理及应用第6章磁电式传感器主要内容：6.1磁电感应式传感器6.2霍尔式传感器6.3磁敏传感器传感器原理及应用第6章       磁电式传感器概述传感器原理及应用第6章       磁电式传感器磁电式传感器是利用电磁感应原理，通过检测磁场的变化将运动的速度、位移、振动等物理量转换成线圈中的感应电动势输出。导体和磁场发生相对运动时，在导体两端有感应电动势输出，磁电感应式传感器工作时不需要外加电源，可直接将被测物体的机械能转换为电量输出。是典型的有源传感器。磁电式传感器机械能电量概述传感器原理及应用第6章       磁电式传感器电感式传感器是把被测量转换成电感量(自感、互感

2、）的变化磁电式传感器通过检测磁场大小和变化测量被测量.霍尔传感器测转速霍尔元件用于手机开关磁电式传感器机械能电量6.2霍尔式传感器传感器原理及应用第6章       磁电式传感器霍尔传感器是一种磁敏元件，主要用于磁场检测;而与人们相关的磁场范围很宽，一般的磁敏传感器检测的最低磁场只能测到10-6高斯。磁场强度与磁场源的分布6.2霍尔式传感器传感器原理及应用第6章       磁电式传感器测磁的方法：①利用电磁感应作用的传感器（强磁场）如：磁头、机电设备、测转速、磁性标定、差动变压器；②利用磁敏电阻、磁敏二极管、霍尔元件测量磁场；③利用超导效应传感器，SQVID约瑟夫元件；④利用

3、核磁共振的传感器，有光激型、质子型。⑤利用磁作用传感器，磁针、表头、继电器；随着半导体技术的发展，磁敏传感器正向薄膜化，微型化和集成化方向发展。概述传感器原理及应用第6章       磁电式传感器霍尔传感器属于磁敏元件，磁敏元件也是基于磁电转换原理，磁敏传感器是把磁学物理量转换成电信号。随着半导体技术的发展，磁敏元件得到应用和发展，目前广泛用于自动控制、信息传递、电磁场、生物医学等方面的电磁、压力、加速度、振动测量。特点：结构简单、体积小、动态特性好、寿命长。磁敏传感器磁学量电信号6.2霍尔式传感器6.2.1霍尔效应传感器原理及应用第6章       磁电式传感器把一个导体（半

4、导体薄片）两端通以电流，在垂直方向施加磁感强度的磁场，在导体薄片的另外两侧会产生一个与控制电流I和磁场强度B的乘积成比例的电动势UH，这种现象称霍尔效应。电动势为1878年美国物理学家霍尔首先发现金属中的霍尔效应，因为太弱没有得到应用。随着半导体技术的发展，人们发现半导体材料的霍尔效应非常明显，并且体积小有利于集成化。霍尔传感器基于霍尔效应6.2霍尔式传感器6.2.1霍尔效应传感器原理及应用第6章       磁电式传感器在磁场作用下导体中的自由电子做定向运动。每个电子受洛仑兹力作用被推向导体的另一侧：式中霍尔电场强度为霍尔电场作用于电子的力第6章       磁电式传感器6.

5、2霍尔式传感器6.2.1霍尔效应传感器原理及应用当两作用力相等时电荷不再向两边积累达到动态平衡：通过（半）导体薄片的电流I与下列因素有关：霍尔电势：n—载流子浓度，v—电子运动速度，bd—导体薄片横截面积，e—为电子电荷量。第6章       磁电式传感器6.2霍尔式传感器6.2.1霍尔效应传感器原理及应用代入后：与薄片尺寸有关与材料有关霍尔灵敏度霍尔常数式中：ρ—电阻率、n—电子浓度、μ—电子迁移率μ=υ/E单位电场强度作用下载流子运动速度。可见霍尔电势与电流和磁场强度的乘积成正比6.2霍尔式传感器6.2.1霍尔效应传感器原理及应用第6章       磁电式传感器讨论：任何材

6、料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不是都可以制造霍尔元件;金属材料因电子浓度n很高，RH很小，UH很小;绝缘材料电阻率ρ很大，但电子迁移率μ很小，不适用；半导体材料电阻率ρ较大，电子迁移率μ适中，非常适于做霍尔元件；半导体中电子迁移率一般大于空穴的迁移率，所以霍尔元件多采用N型半导体（多电子）;由霍尔灵敏度可见，厚度d越小霍尔灵敏度KH越大，所以霍尔元件通常做的较薄，近似1微米(d≈1μm)，工作电压很低。6.2霍尔式传感器6.2.2霍尔传感器基本电路传感器原理及应用第6章       磁电式传感器霍尔元件外形和符号6.2霍尔式传感器6.2.2霍尔传感器基本电路传感器原理及应用

7、第6章       磁电式传感器霍尔晶体的外形为矩形薄片,有四根引线，两端加激励，两端为输出，RL为负载电阻；电源E通过R控制激励电流I；B磁场与元件面垂直（向里）实测中可把I×B作输入，也可把I或B单独做输入；通过霍尔电势输出测量结果。输出UH与I或B成正比关系，或与I×B成正比关系。6.2霍尔式传感器6.2.3霍尔传感器的误差及补偿传感器原理及应用第6章       磁电式传感器当霍尔元件通以激励电流I时，若磁场B=0，理论上霍尔电势UH=0,但实际UH≠0，这时测得的空载电势称不等位电