磁敏传感器.
磁敏传感器
2.磁敏电阻分类 是一种基于磁阻效应而制作的电阻体。它在外施磁场的 作用下(包括磁场强度及方向变化)能够改变自身的阻值。
5
6.3.1磁敏电阻
3.磁敏电阻结构与特性
LO GO
6
LO GO
6.3.1 6.3.2 6.3.3
磁敏电阻
磁敏二极管
磁敏晶体管
7
6.3.2 磁敏二极管
结构与原理
• 磁敏二极管的结构如左下图所 示。它是平面P＋-i-N＋型结构 的二极管。在高纯度半导体锗 的两端用合金法做成高掺杂P型 区和N型区。i区是高纯空间电 荷区，该区的长度远远大于载 流子扩散的长度。在i区的一个 侧面上，用扩散、研磨或扩散 杂质等方法制成高复合区r，在r 区域内载流子的复合速率较大。
9
6.3.2 磁敏二极管
主要技术特性及参数
磁敏二极管输出特性曲线
LO GO
磁敏二极管的伏安特性曲线
磁敏二极管的伏安特性曲线如图所示。当磁 感应强度B不同时，有着不同的伏安特性曲 线，线段AB为负载线。通过磁敏二极管的电 流越大，则在同一磁场作用下，输出电压越 大，灵敏度越高。在负向磁场作用下，磁敏 二极管的电阻小，电流大。在正向磁场作用 下，磁敏二极管的电阻大，电流小。
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 -3 -2 -1 ΔIc/mA
一条直线。
B/0.1T 1 2 3 4 5
3BCM 磁敏三极管的磁电特性
17
再
见
c HI H+ P+
c
N+
N+ e
b
b e
12
r
(a)结构
( b)符号
6.3.3 磁敏晶体管
工作原理:
磁电磁敏式传感器课件
多功能化与智能化发展
总结词
磁电磁敏式传感器正朝着多功能化和智能化方向发展。
详细描述
多功能化是指传感器能够同时检测多种物理量，如磁场、温度、压力等。这可以通过在传感器结构中集成多个敏 感元件和信号处理电路来实现。智能化则是指传感器具备自校准、自诊断和自适应能力，能够根据环境变化进行 自动调整，提高测量精度和可靠性。
温度特性
温度稳定性
磁电磁敏式传感器在温度变化时，其 输出值的变化程度较小，具有较好的 温度稳定性。
温度补偿
为了减小温度对传感器输出的影响， 通常需要进行温度补偿，如采用热敏 电阻等元件实现温度补偿。
03
磁电磁敏式传感器的设计与 制造
设计原则
精度与灵敏度
稳定性与可靠性
设计时应考虑传感器精度和灵敏度，以确 保其能够准确、快速地响应磁场变化。
05
磁电磁敏式传感器的性能指 标与评价
灵敏度与分辨率
灵敏度
衡量传感器输出变化量与输入变化量之比， 是传感器的一项重要性能指标。磁电磁敏式 传感器的灵敏度高，能够检测微弱的磁场变 化。
分辨率
传感器能够分辨的最小输入变化量，反映传 感器的测量精度。磁电磁敏式传感器的分辨
率较高，能够准确测量磁场微小变化。
详细描述
磁电磁敏式传感器能够测量磁场的大小和方向，通过测量地球磁场或人工磁场，可以用于地质勘查、 矿产资源勘探等领域。在航空航天领域，磁力计可以用于检测和导航，而在电机控制中，它可以检测 电机的磁场强度和位置，实现精准控制。
电流测量
总结词
磁电磁敏式传感器能够非接触地测量电流，具有高精度、高灵敏度和宽测量范围的特点 。
工作原理
通过测量磁场的变化，将磁场的 变化转换为电信号，从而实现对 物理量的检测。
磁敏式传感器的原理及应用
磁敏式传感器的原理及应用1. 磁敏式传感器的原理磁敏式传感器是一种能够检测和测量磁场变化的装置。
它利用材料的磁敏特性，在磁场的作用下产生相应的电信号，从而实现对磁场的检测和测量。
1.1 磁敏效应磁敏效应是指材料在外加磁场作用下，呈现出磁介质性质的变化。
常见的磁敏效应包括磁电效应、霍尔效应和磁致伸缩效应等。
其中，磁电效应是磁敏式传感器工作的基础。
1.2 磁敏材料磁敏式传感器所使用的磁敏材料具有以下几个主要特点： - 高磁导率：磁敏材料能够有效地传导磁场，在外加磁场作用下形成较大的感应电流。
- 高磁阻率：磁敏材料对磁场的变化非常敏感，能够产生较大的电信号响应。
- 稳定性：磁敏材料的特性稳定，能够在较宽的温度范围内工作。
1.3 工作原理磁敏式传感器的工作原理基于磁电效应，即磁场变化引起材料电阻的变化。
当外加磁场发生变化时，磁敏材料内部的自由电荷受到磁力作用，导致电荷运动方向发生变化，从而改变了材料内部的电流分布和电阻。
2. 磁敏式传感器的应用磁敏式传感器的应用非常广泛，在许多领域中发挥着重要的作用。
2.1 位移检测磁敏式传感器可以用于测量物体的位移。
通过将磁敏材料与运动物体相连，并放置在磁场中，当物体发生位移时，磁敏材料的电阻发生变化，从而可以测量位移的大小。
2.2 速度检测磁敏式传感器还可以用于监测物体的速度。
通过将磁敏材料与运动物体相连，并放置在磁场中，当物体以一定速度运动时，磁敏材料的电阻发生变化，从而可以测得物体的速度。
2.3 磁场检测磁敏式传感器能够检测磁场的变化。
当磁场发生变化时，磁敏材料的电阻也会发生变化，从而可以检测磁场的强度和方向。
2.4 电流检测磁敏式传感器还可以用于检测电流。
通过将磁敏材料与电流回路相连，当电流通过时，磁场的变化会引起磁敏材料的电阻变化，从而可以测量电流的大小。
2.5 磁导航磁敏式传感器可以应用于磁导航领域。
通过检测磁场的变化，磁敏式传感器可以确定物体的方向和位置，从而实现导航功能。
磁敏式传感器
13
非线性误差 （B旳影响）
主要原因：当磁电式传感器在进行
v
测量时，传感器线圈会有电流流过，
N
S
这时线圈会产生一定旳交变磁通，
此交变磁通会叠加在永久磁铁产生
旳传感器工作磁通上，造成气隙磁
通变化。
这种影响分为两种情况:附加电场 与工作电场方向相同（敏捷度增 大），或反之。
14
温度误差 （L和R旳影响）
当振动频率远不小于传感器固有频率时，传感器旳敏捷度接近为 一种常数，它基本上不随频率变化，即在这一频率范围内，传感 器旳输出电压与振动速度成正比关系，这一频段就是传感器旳理 想工作频段
在振动频率更高（过大）旳情况下，线圈阻抗增长，传感器敏捷 度会伴随振动频率旳增长反而下降
16
7.1.2 测量电路
U H K H IB KZ
32
转速旳测量（利用霍尔元件旳开关特征）
转速为： r N n N r/s
t tn
或： 2 f 2 r 2 N rad/s
tn
33
1k
a
100k
N S
c
d 4.7k
H
R
－
f
A
输出波形
Eb
12V
M
b 4.7k
＋ A741 Uo
1k
100k
采用霍尔元件旳转速测量电路：磁转子M旋转带动磁极旋转，霍尔元 件H感受到磁场强度发生变化，产生旳霍尔电势经差动运算放大器A放大 后输出矩形波，输出信号可反应转子旳转速。
角位移：e NBSw
假如导体旳运动方向与磁场方向成θ角呢？
5
恒磁通式传感器
磁路系统产生恒定旳 直流磁场，磁路中旳 工作气隙固定不变， 所以气隙中磁通是恒 定不变旳。
冰箱磁敏传感器作用是什么
冰箱磁敏传感器作用是什么随着科技的不断发展，家用电器也在不断更新换代，冰箱作为家庭中不可或缺的电器之一，也在不断进行技术升级。
其中，磁敏传感器作为冰箱的重要组成部分之一，起着至关重要的作用。
本文将从磁敏传感器的定义、原理、作用和应用范围等方面进行详细介绍。
一、磁敏传感器的定义。
磁敏传感器是一种能够感知磁场变化并将其转化为电信号输出的传感器。
它通常由磁敏元件和信号处理电路组成，能够对磁场进行快速、准确的检测和测量。
在冰箱中，磁敏传感器主要用于检测冰箱门的开关状态，以及监测冰箱内部的温度和湿度等参数。
二、磁敏传感器的原理。
磁敏传感器的工作原理主要是基于磁阻效应或霍尔效应。
磁阻效应是指在外加磁场的作用下，磁敏元件的电阻发生变化，从而产生输出信号。
而霍尔效应是指当磁敏元件受到外加磁场的影响时，电荷载流子的运动方向发生改变，从而产生霍尔电压。
通过对这些输出信号的处理和分析，可以实现对磁场变化的感知和测量。
三、磁敏传感器的作用。
在冰箱中，磁敏传感器主要有以下几个作用：1. 检测冰箱门的开关状态。
冰箱门通常配备有磁性的密封条，当门关闭时密封条与磁敏传感器之间的磁场发生变化，传感器能够及时感知到门的状态，并将信号传输给控制系统，从而实现对冰箱门的开关状态进行监测和控制。
2. 监测冰箱内部的温度和湿度。
磁敏传感器可以通过感知磁场的变化来监测冰箱内部的温度和湿度等参数，从而帮助用户实时了解冰箱内部的环境情况，并调节冰箱的工作状态，以确保食物的新鲜和保存。
3. 实现智能控制和节能。
通过磁敏传感器对冰箱门的开关状态和环境参数的监测，可以实现智能控制和节能管理。
比如，当冰箱门长时间处于打开状态时，系统可以通过传感器的监测及时发出警报或自动关闭门，以防止能源的浪费和食物的损坏。
四、磁敏传感器的应用范围。
除了在冰箱中的应用外，磁敏传感器还广泛应用于工业自动化、汽车电子、医疗设备、通信设备等领域。
在工业自动化中，磁敏传感器可以用于检测物体的位置、速度和方向等信息，实现自动化生产和控制。
磁敏式传感器.课件
详细描述
新型磁敏材料如稀土永磁材料、铁氧体材料等具有更高 的磁导率和磁感应强度，能够提高传感器的灵敏度和响 应速度。同时，新工艺如薄膜制备、纳米刻蚀等技术的 应用，使得传感器尺寸更小、精度更高。
多功能化与集成化
总结词
磁敏式传感器正朝着多功能化和集成化方向发展，以 满足复杂环境下多参数检测和系统集成的需求。
响应时间
总结词
响应时间是磁敏式传感器对磁场变化做出反应所需的时间。
详细描述
响应时间越短，表示传感器对磁场变化的响应速度越快。在动态测量中，需要选择响应时间较短的传 感器，以确保测量的实时性和准确性。
温度稳定性
总结词
温度稳定性是指磁敏式传感器在温度变化下 保持性能稳定的能力。
详细描述
温度稳定性越高，表示传感器受温度影响越 小，能够保证测量的准确性。在高温或温度 变化较大的环境中，选择温度稳定性较高的 磁敏式传感器尤为重要。
详细描述
多功能化传感器不仅可以检测磁场强度，还可以同时检 测温度、压力、湿度等多种参数。集成化则将多个传感 器单元集成在一个芯片上，实现多参数的同时测量和传 输，提高系统的可靠性和稳定性。
网络化与智能化
总结词
网络化和智能化是磁敏式传感器的未来 发展趋势，将推动传感器在物联网、智 能制造等领域的应用。
电子罗盘
磁敏式传感器可以用于电子罗盘的制造，提供方向信息。
要点二
磁场矢量测量
通过多个磁敏式传感器的组合，可以用于磁场矢量的测量， 常用于地球磁场测量、磁场矢量分析等领域。
06
磁敏式传感器的发展趋势与展望
新材料与新工艺的应用
总结词
随着科技的不断进步，新材料与新工艺在磁敏式传感器 中的应用越来越广泛，为传感器性能的提升和功能拓展 提供了更多可能性。
磁敏传感器
5. 霍尔元件温度补偿 霍尔元件是采用半导体材料制成的, 因此它 们的许多参数都具有较大的温度系数。当温度变 化时, 霍尔元件的载流子浓度、迁移率、电阻率及 霍尔系数都将发生变化, 从而使霍尔元件产生温度 误差。 为了减小霍尔元件的温度误差, 除选用温度系 数小的元件或采用恒温措施外, 由UH=KHIB可看出： 采用恒流源供电是个有效措施, 可以使霍尔电势稳 定。 但也只能减小由于输入电阻随温度变化而引 起的激励电流I变化所带来的影响。 霍尔元件的灵敏系数KH也是温度的函数, 它随 温度的变化引起霍尔电势的变化。霍尔元件的灵 敏度系数与温度的关系可写成
不等位电势也可用不等位电阻表示
U0 r 0 IH
式中: U0——不等位电势; r0——不等位电阻; IH——激励电流。 由上式可以看出, 不等位电势就是激励电流流 经不等位电阻r0所产生的电压。
5）寄生直流电势 在外加磁场为零, 霍尔元件通以交流激 励时, 霍尔电极输出除了交流不等位电势外, 还有一直流电势, 称寄生直流电势。 其产生 的原因有: ① 激励电极与霍尔电极接触不良, 形成非欧 姆接触, 造成整流效果; ② 两个霍尔电极大小不对称, 则两个电极点 的热容不同, 散热状态不同形成极向温差电 势。寄生直流电势一般在 1mV以下, 它是 影响霍尔片温漂的原因之一。
3）额定激励电流和最大允许激励电流 当霍尔元件自身温升10℃时所流过的激 励电流称为额定激励电流。 以元件允许最大 温升为限制所对应的激励电流称为最大允许 激励电流。因霍尔电势随激励电流增加而增 加, 所以, 使用时希望选用尽可能大的激励电 流, 因而需要知道元件的最大允许激励电流, 改善霍尔元件的散热条件, 可以使激励电流增 加。
L wd newd
磁敏传感器介绍说明
长和日臻完善的这几十年中，质量、品种、产量都急速地上升，居于包括各
种半导体磁场传感器在内的各种磁场传感器使用数量的首位，全世界对它的
需求量达10亿只/年以上。但是，许多高精度应用对它们提出了越来越高的
要求，如更高的灵敏度，更低的失调电压（Offset Voltage）
磁敏二极管的灵敏度，可比霍尔器件高上1000倍，但它的输入和输出是
4、磁敏场效应管
将MOS场效应管的漏极做成对
称分离的Dl和D2(当然也可多于两
个漏极)。未加磁场时，漏极电流
ID1=ID2=ID/2，加上垂直于芯
片表面的磁场后，由于洛仑兹力的
偏转作用，使ID1≠ID2，ID1增大
多少，ID2就减小多少，ID1-ID和
外加磁场成比例，可作为磁场的量
度。
5、磁敏晶体管
个电场力，这个电场力会拒斥继续偏转过来的载流子，直到电场力和洛仑兹力相等，
建立一种动态平衡。这时，在半导体片两侧会产生电位差，这便是霍尔效应。
霍尔器件即是根据霍尔效应原理设计的磁场敏感元件，其中CCl和CC2为电流电极，
Sl和S2叫敏感电极，在CCl和CC2间通入工作电流I，在与芯片表面垂直的方向加上磁
一:引言
磁场传感器是可以将各种磁场
及其变化的量转变成电信号输出的
装置。
自然界和人类社会生活的许多
地方都存在磁场或与磁场相关的信
息。利用人工设置的永久磁体产生
的磁场，可作为许多种信息的载体。
因此，探测、采集、存储、转换、
复现和监控各种磁场和磁场中承载
的各种信息的任务，自然就落在磁
场传感器身上。在当今的信息社会
VH=mn GBV
（2）
式中：mn—在磁场作用下的载流子迁移率，又称霍尔迁移率。在n型材料中， mn
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模块七磁电式传感器练习题
一、填空题：
1、霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受作用产生的结果。
2、霍尔效应在中发现的，在高纯度中表现较为显著。
3、霍尔集成元件可分为和两大类。
4、霍尔效应是指在垂直于电流方向加上磁场，由于载流子受洛仑兹力的作用，则在平行于电流和磁场的两端平面内分别出现正负电荷的堆积，从而使这两个端面出现
的现象。
5、霍尔传感器是利用原理将被测物理量转化为电势的传感器。
6、当磁头相对于磁尺不动时，仍有感应电动势输出的是静态磁头，且输出电势的幅值由
_______所决定。
7、块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称传感器；这种传感器只能测量
物体。
8、变磁阻式传感器可分为变气隙厚度的传感器、变气隙面积的传感器。
其中，的传感器是线性的，的传感器是非线性的。
9、磁电式传感器是速度传感器，若测量加速度，需配用电路。
10、磁电式传感器是速度传感器，若测量位移，需配用电路。
11、磁敏三极管的工作原理是利用磁场的强弱来控制三极管的极电流增加或减小。
12、霍尔元件采用恒流源激励是为了。
13、磁电特性是指磁敏二极管在一定的条件下，磁敏二极管两端的输出电压与的关系曲线。
14、霍尔器件在额定控制电流下，无外磁场时，两个霍尔电极之间的称为不等位电势U0。
15、磁敏二极管的温度特性是指在标准测试条件下，输出电压随温度变化的规律。
16、如前所述，霍尔电势U H正比于控制电流I和磁感应强度B。
在实际应用中，总是希望获得较大得霍尔电势。
增加控制电流虽然能提高霍尔电势输出，但控制电流大，元件的，从而导致元件的，甚至可能烧毁元件。
二、判断题：
1、当控制电流、磁感应强度均改变时，霍尔传感器的输出与二者的乘积成正比。
（）
2、在霍尔式传感器中，霍尔电势反比于磁场强度。
（）
3、电涡流的产生必然消耗一部分磁场能量。
（）
三、选择题：
1、对于钢板内部存在缺陷，可采用哪些传感器探伤检测？（）
A、电感传感器、热释电传感器
B、超声波传感器、红外线传感器
C、热敏电阻、热电偶
D、电涡流传感器、电容传感器
2、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的（）。
A. 应变效应
B. 电涡流效应
C.压电效应
D. 逆压电效应
3、公式EH=KHIBcosθ中的角θ是指（）。
A. 磁力线与霍尔薄片平面之间的夹角
B. 磁力线与霍尔元件内部电流方向的夹角
C. 磁力线与霍尔薄片的垂线之间的夹角
4、霍尔元件采用恒流源激励是为了（）。
A. 提高灵敏度
B. 克服温漂
C. 减小不等位电势
D. 无作用
5、导致霍尔元件产生不等位电势的原因有多种，以下论述中，( )不是产生不等位电势的原因。
A.霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上
B.半导体材料不均匀
C.环境温度发生变化
D.激励电极接触不良
6、已知磁电式传感器的线圈运动时产生的磁场方向和原工作磁场方向相反，则随着线圈运动速度的增大，（ 1 ）了工作磁场的作用，传感器的灵敏度因此而（ 2 ）。
A.1增强，2增大
B.1增强，2减小
C.1减弱，2增大
D.1减弱，2减小
7、已知磁电式传感器的线圈运动时产生的磁场方向和原工作磁场方向相同，则随着线圈运动速度的增大，（ 1 ）了工作磁场的作用，传感器的灵敏度因此而（ 2 ）。
A.1减弱，2增大
B.1减弱，2减小
C.1增强，2增大
D.1增强，2减小
8、霍尔电极除了输出交流不等位电势外，还有寄生直流电势，其产生的主要原因是（）。
9、A.激励电流发生变化 B.激励电极与霍尔电极接触不良，两霍尔电极大小不对称
C.环境温度发生变化
D.元件所处位置的磁感应强度发生变化
10、、霍尔元件的工作原理，基于（）
A.、压电效应B、热电效应 C、电涡流效应D、霍尔效应
11、减小霍尔元件的输出不等位电势的办法是。
A、减小激励电流
B、减小磁感应强度
C、使用电桥调零电位器
12、E H = K H IB cos q 中的角 q 是指：
A. 磁力线与霍尔薄片平面之间的夹角
B. 磁力线与霍尔元件内部电流方向的夹角
C. 磁力线与霍尔薄片的垂线之间的夹角
13、在进行不等位电势补偿时，可以：
A、采用电位器进行调解；
B、采用电桥平衡电路；
C、采用可变电势进行补偿；
D、在霍尔元件生产时将不等位电势调整到零。
14、在测量中，一般线性霍尔 IC 的磁感应强度不宜超过为宜。
A、0T 、
B、 + 0.10T、
C、 + 0.15T 、
D、 + 100Gs
15、制造霍尔元件的半导体材料中，目前应用的较多的锗、锑化铟、砷化铟，其原因是这些
A、半导体材料的霍尔常数比金属大；
B、半导体中电子的迁移率比空穴高；
C、半导体材料的电子迁移率比较大；
D、N型半导体材料较适宜制造灵敏度较高的霍尔元件。
16、属于四端元件的是。
A.、应变片；
B.、压电晶片；
C.、霍尔元件； D、热敏电阻
四、简答题：
1、简述霍尔电动势产生的原理。
2、磁电式传感器与电感式传感器有何不同？
3、霍尔元件在一定电流的控制下，其霍尔电势与哪些因素有关？
4、磁敏传感器有几种形式?
5、简述霍尔效应及霍尔传感器的应用场合
6、霍尔元件能够测量哪些物理参数?霍尔元件的不等位电势的概念是什么，温度补偿的方法有哪几种
7、分别简述光敏电阻、磁敏电阻、气敏电阻、湿敏电阻、热敏电阻的工作原理及应用。
五、计算题：
1、某霍尔元件l×b×d=10×3.5×1mm3，沿l方向通以电流I=1.0mA，在垂直于lb面方向加有均匀磁场B=0.3T，传感器的灵敏度系数为22V/A·T，试求其输出霍尔电势及载流子浓度。
2、有一霍尔元件，其灵敏度KH=1.2mV/mA·kGs，把它放在一个梯度为5kGs/mm的磁场中，如果额定控制电流是20mA，设霍尔元件在平衡点附近作±0.1mm的摆动，问输出电压范围为多少?。