传感器原理及其应用 第6章 磁电.ppt

传感器原理及应用6.1磁电感应式传感器磁通量的变化可以通过很多办法来实现，如磁铁与线圈之间作相对运动；磁路中磁阻的变化；恒定磁场中线圈面积的变化等，一般可将磁电感应式传感器分为恒磁通式和变磁通式两类。磁铁与线圈相对运动使线圈切割磁力线，产生与运动速度dx/dt成正比的感应电动势E，其大小为6.1.2变磁通式磁电感应传感器结构与工作原理开磁路式转速传感器结构比较简单，但输出信号小，另外当被测轴振动比较大时，传感器输出波形失真较大。在振动强的场合往往采用闭磁路式转速传感器。被测转轴带动椭圆形测量轮5在磁场气隙中等速转动，使气隙平均长度周期性地变化，因而磁路磁阻和磁通也同样周期性地变化，则在线圈3中产生感应电动势，其频率f与测量轮5的转速n(r/min)成正比，即f=n/30。在这种结构中，也可以用齿轮代替椭圆形测量轮5，软铁(极掌)制成内齿轮形式，这时输出信号频率f同前式。2．振动测量
3．扭矩测量6.2霍尔式传感器6.2.1霍尔传感器的工作原理当有图示方向磁场B作用时霍尔效应演示可以推出，霍尔电动势UH的大小为：2．霍尔元件3．霍尔元件的主要特性及材料2)霍尔元件的材料
锗(Ge)、硅(Si)、锑化铟(InSb)、砷化铟(InAs)和砷化镓(GaAs)是常见的制作霍尔元件的几种半导体材料。表6-2所列为制作霍尔元件的几种半导体材料主要参数。不等位电动势产生的原因是由于制造工艺不可能保证将两个霍尔电极对称地焊在霍尔片的两侧，致使两电极点不能完全位于同一等位面上。此外,霍尔片电阻率不均匀，或片厚薄不均匀，或控制电流极接触不良都将使等位面歪斜，如图所示，致使两霍尔电极不在同一等位面上而产生不等位电动势。3)感应零电动势
感应零电动势是在未通电流的情况下，由于脉动或交变磁场的作用，在输出端产生的电动势。根据电磁感应定律，感应电动势的大小与霍尔元件输出电极引线构成的感应面积成正比，如图所示。在上述的4种零位误差中，寄生直流电动势、感应零电动势以及自激场零电动势，是由于制作工艺上的原因而造成的误差，可以通过工艺水平的提高加以解决。而不等位电动势所造成的零位误差，则必须通过补偿电路给予克服。将温度每变化1℃时，霍尔元件输入电阻或输出电阻的相对变化率Ri/Ro称为内阻温度系数，用表示。几种温度误差的补偿方法
1)采用恒压源和输入回路串联电阻2)合理选择负载电阻RL的阻值
霍尔元件的输出电阻Ro和霍尔电动势UH都是温度的函数(设为正温度系数)，当霍尔元件接有负载RL时，在RL上的电压为：3)采用温度补偿元件(如热敏电阻、电阻丝)
这是一种常用的温度误差补偿方法。由于热敏电阻具有负温度系数，电阻丝具有正温度系数，可采用输入回路串接热敏电阻，输入回路并接电阻丝，或输出端串接热敏电阻对具有负温度系数的锑化铟材料霍尔元件进行温度补偿。可采用输入端并接热敏电阻方式对输出具有正温度系数的霍尔元件进行温度补偿。一般来说，温度补偿电路、霍尔元件和放大电路应集成在一起制成集成霍尔传感器。1．霍尔元件基本电路连接方法
霍尔元件有无铁心型、铁心型、测试用探针霍尔集成电路等几种类型，有3脚、4脚、5脚元件等几种结构形式,如图是3～5脚(端子)的霍尔元件的基本电路连接方法。。两种霍尔元件定电压驱动电路2．霍尔集成电路
在一个晶片中形成有霍尔元件及放大并控制其输出电压的电路，而具有磁场-电气变换机能的固态组件称为霍尔集成电路。开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门由高阻态变为导通状态，输出变为低电平；当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变为高阻态，输出高电平。较典型的开关型霍尔器件如UGN3020等。开关型霍尔集成电路的外形及内部电路开关型霍尔集成电路（OC门输出）的与继电器的连接3．霍尔传感器在汽车中的应用霍尔转速表原理霍尔转速表的其他安装方法4．磁场检测5．电流测量6．旋转参数测量7．霍尔机械振动传感器8．霍尔加速度传感器6.3磁栅式传感器2)磁栅的类型
磁栅分为长磁栅和圆磁栅两大类，分别用于测量直线位移和角位移。磁栅式传感器实物图2．磁头及其工作原理
磁头的作用是读取磁栅上的记录信号，按读取方式不同，磁头可分为动态磁头和静态磁头两种。2)静态磁头
静态磁头是一种调制式磁头，又称磁通响应式磁头，它由铁心和两组线圈组成，如图所示。它与动态磁头的根本不同就是在磁头与磁栅之间没有相对运动的情况下也有信号输出。6.3.2磁栅式传感器的信号处理方法两电压相加得总输出电压为