08 磁敏式传感器详解.ppt

现代检测技术 磁敏式传感器 固态传感器 以半导体、电介质、铁电体等为敏感材料，在力、磁、热、光、射线、气体、湿度等因素作用下引起材料物理特性变化，通过检测其物理特性变化即可反映被测参数值。 优点： 结构简单、小型轻量； 动态响应好，输出为电量； 易实现集成化、多功能化、图像化、智能化； 功耗低，安全可靠。 缺点：线性范围窄、易受温度影响、参数离散性大。 代表传感器的重要发展方向（磁敏、光敏、气敏、湿敏） 磁电式传感器 应用 测振式传感器 航空发动机、各种大型电机、空气压缩机、机床、车辆、轨枕振动台、化工设备、各种水、气管道、桥梁、高层建筑等的振动监测与研究。 质量为m、弹簧刚度为k，阻尼系数为b的单自由度机械振动系统，要求选择较大的质量块m和较小的弹簧常数k。 磁电式力发生器与激振器 磁电式传感器具有双向转换特性，如果给速度传感器的线圈输入电量，那么其输出量即为机械量。 扭矩测量、流量测量 磁电式传感器 扭矩测量 当被测轴不受扭矩时，两线圈输出信号相同，相位差为零；当被测轴感受扭矩时，轴的两端产生扭转角，因此传感器输出的两个感生电势将因扭矩而有附加相位差。 电磁流量计——在导电的、非磁性液体外部建立激励磁场，将产生与磁场和流动方向垂直的电动势。 磁电式传感器 霍尔式传感器基本原理 霍尔式传感器的材料 霍尔式传感器的测量电路 R——调节电阻 RL——负载电阻 在实际使用中，可以把激励电流I或外磁场感应强度B作为输入信号，而输出信号正比于I或B，或两者的乘积。 霍尔式传感器的测量电路 电磁特性——UH – I 特性 霍尔式传感器的测量电路 电磁特性——UH – B特性 误差分析及其补偿 不等位电势误差及其补偿 误差分析及其补偿 不等位电势误差补偿线路 误差分析及其补偿 温度误差及其补偿 误差分析及其补偿 霍尔式传感器的应用 磁敏电阻常选用锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs）和锑化铌 （ NiSb ）等半导体材料，在绝缘基片上蒸镀薄的半导体材料，也可在半导体薄片上光刻或腐蚀成型（栅状结构）。 磁敏电阻的结构和特性 主要特性： 磁电特性：当B0.3T时，电阻的变化率与磁场的平方成正比；当B0.3T时，成线性关系。与磁场的正负无关； 温度特性：温度系数影响大； 频率特性：工作频率范围大，一般为1~10MHz；磁感应的范围比霍尔元件大。 磁敏电阻的结构和特性 接近开关和无触点开关、计数器；无接触线位移传感器；力、加速度等参数的测量；精密倾斜角测量等。 R1、R2 磁敏电阻位移传感器 磁敏电阻的应用 线性、角度、旋转位移传感器，可以测量磁场强度。 磁敏二极管、三极管 P型和N型电极由高阻材料制成，I为本征区。I区的r面粗糙，设置成高复合区（r区），目的是使电子－空穴对易于在粗糙表面复合而消失；另一面比较光滑。 磁敏二极管 磁场强度的改变引起电流发生变化，实现磁电转换。 当磁敏二极管受到外界磁场H+作用时，电子和空穴受到洛仑兹力的作用向r区偏转，电子和空穴复合速度加快，所形成的电流减小； 当磁敏二极管受到外界磁场H－作用时，电子和空穴受到洛仑兹力的作用向I区偏转，电子和空穴复合速度减慢，所形成的电流增大。 磁敏二极管工作原理 如果外加正向偏压，即P区接正，N区接负，那么将会有大量空穴从P区注入到I区，同时也有大量电子从N区注入到I区，如将这样的磁敏三极管置于磁场中，则注入的电子和空穴都要受到洛仑兹力的作用而向一个方向偏转，当磁场方向使电子和空穴向r面偏转时，它们将因复合而消失，因而电流很小；当磁场方向使电子和空穴向光滑面偏转时它们的复合率变小，电流就大。 磁敏三极管工作原理 由此可见，高复合面与光滑面的复合率差别愈大，磁敏三极管的灵敏度也就愈高。磁敏三极管在不同的磁场强度和方向下的伏安特性曲线不同。利用这些特性曲线就能根据某一偏压下的电流值来确定磁场的大小和方向。 在正反向磁场作用下，其集电极电流出现明显变化。当受到正向磁场(H+) 作用时，载流子向发射极一侧偏转，使集电极电流减小。当受到负向磁场(H-)作用时，载流子向集电极一侧偏转，使集电极电流增大。 Xi’an Jiaotong University 精勤求学 敦笃励志 果毅力行 忠恕任事 磁敏式传感器 磁电式传感器 霍尔传感器 磁敏电阻 磁敏二极管、磁敏晶体管 种类：变气隙（磁通）式（变磁阻式），由被测物体运动改变磁阻，线圈与磁铁之间没有相对运动； 恒磁通式（动圈式和动铁式），线圈与磁铁之间存在相对运动。 原理：根据电磁感应定律，在任何电路或与磁通φ交链的w匝线圈中，当φ