传感器技术实用教程 教学课件 作者 吕勇军 第6章磁场与成分参数测量传感器.ppt

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1、2021/7/221实用传感器技术教程2磁敏电阻传感器1.2第6章磁场与成分参数测量传感器6.1磁敏二极管和磁敏三极管6.3气敏传感器6.4集成磁场传感器1.26.2湿敏传感器6.43磁场以及成分参数的测量在日常生活以及工业中占据重要的地位。磁场的测量主要是磁场强度以及磁场方向的测量，成分参数测量主要是指气体参数与湿度参数的测量。在本章中，磁场主要是通过磁敏电阻器、集成磁场传感器、磁敏二极管和磁敏三极管进行测量的，而气体参数和湿度参数是通过气敏传感器和湿敏传感器进行测量的。46.1磁敏电阻传感器磁敏式传感器按其结构可分为体型和结型两大类，前者有霍尔传感器（其材料主要有InSb，InAs，G

2、e，Si，GaAs等）和磁敏电阻（1nSb，InAs），后者有磁敏二极管（Ge，Si）、磁敏晶体管（Si等）。它们都是利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成的一种磁敏传感器。56.1.1磁敏传感器原理与结构磁敏电阻器是基于磁阻效应的磁敏元件。当长方形半导体片受到与电流方向垂直的磁场作用时，不但产生霍尔效应，而且还会出现电流密度下降、电阻率增大的现象。若适当地选几何尺寸，还会出现电阻值增大的现象。前一种现象称为物理磁阻效应，后一种现象称为几何磁阻效应。半导体磁阻器件就是综合利用这样两种效应而制成的磁敏器件。66.1.1磁敏传感器原理与结构1.磁阻效应磁阻效应是指将

3、一载流导体置于外磁场中，其电阻率会发生变化（增大），它是伴随霍尔效应同时发生的一种物理效应。当温度恒定时，在弱磁场范围内，磁阻与磁感应强度B的平方成正比。如果器件只有在电子参与导电的简单情况下，理论推导出来的磁阻效应方程为76.1.1磁敏传感器原理与结构1.磁阻效应当电阻率变化为时，则电阻率的相对变化率为半导体中仅存在一种载流子时，磁阻效应很弱。若同时存在两种载流子，则磁阻效应很强，此时86.1.1磁敏传感器原理与结构2.磁敏电阻的结构常见的磁敏电阻有如下三种结构，如图6-1所示。图6-1常见磁敏电阻结构96.1.2磁敏电阻常用型号1.FCC/MC系列磁性传感器该传感器是一种磁电转换器件，

4、它利用磁敏材料的固有特性，通过不同的特殊电路将磁信号转换为电信号。参数型号表6-1FCC/MC磁性传感器型号及参数磁灵敏度V/nT）分辨能力（nT）测量范围（mT）工作温度（℃）频率范围（Hz）电源（V）功耗（mW）尺寸（mm）非晶态FCC-1200.50.2-35~400~16982×62×31FCC-21050.2-35~400~2061082×56×31FCC-3500.20.04-35~400~16982×56×31FCC-4600020.3-35~400.01~161580×90磁膜mc-1550.3-30~500~25004.5382×56×31mc-2500020.3-30~

5、500.01~16580×90106.1.2磁敏电阻常用型号2.CGC系列磁传感器该传感器可用于地磁脉动观测，它是大地磁法或电磁法勘探仪器的磁场信息接收器。参数型号表6-2CGC磁传感器型号及参数直流电阻（Ω）电感量（H）分布电容（pF）外壳等效电阻（kΩ）工作灵敏度(V/Hz·t）开路灵敏度（V/r）总长度（mm）重量（kg）CGC-A4306505505514080215036CGC-B135010502003006930120020116.1.3磁敏电阻应用1.InSb磁敏电阻无触点开关图6-2InSb磁敏电阻无触点开关电路图6-2是利用两端型InSb磁敏电阻的无触点开关电路。将In

6、Sb电阻连接到晶体管的基极上，当永磁铁距InSb电阻远一点时，它处于无磁场状态，电阻值R0很小，晶体管集电极有输出电流，处于开状态。当永磁铁距InSb电阻很近（例如间隙为0.1mm），InSb电阻值变为RB（＞3R0），此时基极电流很小，晶体管没有电流输出，处于关状态。由于它的输出较大，因而可直接驱动功率晶体管。126.1.3磁敏电阻应用2.InSb磁敏无接触角度传感器图6-3InSb磁敏无接触角度传感器的外形结构与工作原理图136.1.3磁敏电阻应用2.InSb磁敏无接触角度传感器图6-4InSb磁敏无接触角度传感器输出特性曲线146.1.3磁敏电阻应用3.磁敏电阻放大器15从集成磁场传

7、感器输出信号的形式来划分，它分为两大类，一类称为线性磁场集成传感器，另一类称为磁场角度集成传感器。线性磁场集成传感器是指传感器的输出量是模拟信号，它将电流、磁场等连续变化的模拟信号转换为模拟的霍尔电势输出。它主要包含霍尔元件、稳压电路和放大器三部分。它在工程实际中有着十分广泛的应用。例如，测量磁场强度、位移和电流等。磁场角度集成传感器则是测量磁场角度，可以用于测量转速，方向识别，以及角度测量等。6.2集成磁场传感器166