手机磁传感器的基本原理
磁感应传感器的工作原理
磁感应传感器的工作原理
磁感应传感器的工作原理主要如下:
1. 利用电磁铁产生磁场,当被测物体进入这个磁场时,会改变磁场分布。
2. 在磁极间放置一个线圈,当磁场分布发生变化时,会在线圈中感应出电动势。
3. 根据法拉第电磁感应定律,电动势的大小与磁场变化的速率成正比。
4. 将感应的电动势信号进行放大和处理,就可以检测出物体的存在或移动。
5. 根据线圈输出信号参数的变化,可以计算出物体的位移、速度、加速度等。
6. 常见的磁感应传感器有线性变压器式、磁阻式、霍尔效应式等。
7. 磁感应传感器精度高、响应快速,可检测各种金属和非金属物体。
8. 应用广泛,如位移、速度、角度、检测、计数等领域。
9. 可设计出直接输出数字量的智能磁感应传感器。
10. 具有体积小、抗干扰能力强、使用寿命长等优点。
手机指南针的原理
手机指南针的原理地球磁场是由外核中的液态铁和镍的运动产生的，它在地球表面形成了一个巨大的磁场。
手机指南针利用地磁传感器感知地球磁场的方向并进行测量。
手机内部的地磁传感器是一种敏感的磁感应器件。
它通常是由一个或多个磁阻器组成，这些磁阻器的电阻取决于外部磁场的方向和强度。
当手机处于不受干扰的状态下，地磁传感器可以感知到地球的磁场。
这个磁场的方向是沿着地球的磁力线，它从地球的南极指向地球的北极。
在手机中，地磁传感器的方向会随着手机的位置和方向的变化而变化。
1.校准：当用户启动手机指南针时，手机会通过一系列动作来校准地磁传感器。
这些动作可以是将手机旋转360度，或者在空中移动手机。
2.读取数据：校准完成后，手机开始读取地磁传感器的数据。
地磁传感器输出的数据包括地磁场的方向和强度。
方向数据通常以角度的形式给出，表示手机指向地球磁场的方向。
3.处理数据：手机会通过算法对地磁场数据进行处理，以计算手机的指向。
通常使用的算法是三轴加速度计和三轴磁力计的数据融合算法。
这种算法可以将加速度和磁力计的数据结合起来，提高指南针的准确度。
4.显示结果：最后，手机将计算得到的指南针方向显示在屏幕上，以便用户查看。
需要注意的是，手机指南针在使用过程中可能会受到一些干扰，影响其准确性。
例如，附近的金属物体、电子设备、电源线等都可能干扰地磁传感器的测量结果。
此外，地球磁场本身也可能受到一些干扰，如地形、天气等因素的影响。
为了减少干扰，手机指南针通常会进行实时校准。
这意味着在使用过程中，手机会不断地校准地磁传感器，以提高指南针的准确性。
综上所述，手机指南针利用内部的地磁传感器测量地球的磁场方向，以确定手机的朝向。
通过校准、读取数据、处理数据和显示结果等步骤，手机指南针可以给用户提供准确的朝向信息。
磁传感器的工作原理
磁传感器的工作原理
磁传感器是一种能够检测和测量磁场强度的设备。
它们的工作原理基于磁场与导体之间的相互作用。
磁传感器通常包含一个磁场感知元件，如霍尔效应器件、磁阻器件或磁感应器件。
这些感知元件是基于磁场对导体电荷运动的影响而设计的。
在一个霍尔元件中，一个电流通过一个平面上的金属片。
当磁场施加在这个金属片上时，磁场会引起金属片中的载流子的偏转。
这将在金属片两侧产生一个电势差，这个电势差可以测量，进而得出磁场的强度。
磁阻器件通过利用磁场对材料电阻的影响来测量磁场强度。
一个常见的磁阻器件是磁阻计，它由一个由磁敏材料制成的细丝或薄膜组成。
当磁场施加在磁阻器件上时，磁敏材料的电阻会发生变化，这个变化可以通过测量电阻值来确定磁场的强度。
磁感应器件则是通过检测磁场的变化来测量磁场强度的。
这些传感器通常基于法拉第电磁感应定律，当磁场的强度变化时，感应到的磁通量也会发生变化。
通过测量这个变化，可以确定磁场的强度。
无论是哪种磁传感器，它们的工作原理都是基于磁场对导体或材料的作用。
通过测量磁场对导体或材料的影响，就可以确定磁场的强度。
这使得磁传感器在许多应用中具有广泛的用途，如磁导航、磁记录和非接触式位置检测等。
磁传感器的工作原理和应用
磁传感器的工作原理和应用磁传感器是一种能够检测和测量磁场的设备，其工作原理基于磁感应效应。
本文将介绍磁传感器的工作原理、种类及其广泛的应用领域。
一、磁传感器的工作原理磁传感器通常由一个敏感元件和一个信号处理单元组成。
敏感元件负责感应磁场并产生相应的电信号，信号处理单元则对这些电信号进行处理和解读。
常见的磁传感器敏感元件包括磁电阻传感器、霍尔效应传感器和磁感应线圈传感器。
它们基于不同的磁感应效应来实现对磁场的感应和测量。
1. 磁电阻传感器：磁电阻效应是指在磁场作用下，材料的电阻发生变化。
磁电阻传感器利用这一效应来感应周围磁场。
当磁场的方向和强度变化时，敏感元件内部的电阻也会相应变化。
通过测量电阻的变化，可以确定磁场的强度和方向。
2. 霍尔效应传感器：霍尔效应是指当载流子在磁场中运动时，由于洛仑兹力的作用，电子在晶格中堆积。
这种堆积使得电子运动轨迹发生偏移，进而引起电阻的变化。
霍尔效应传感器利用这一效应来感应磁场。
当磁场的方向和强度变化时，霍尔传感器中的电阻也会发生相应变化。
通过测量电阻的变化，可以得到磁场的信息。
3. 磁感应线圈传感器：磁感应线圈传感器由线圈和磁芯组成。
当线圈中通过电流时，磁芯的磁导率会发生变化，进而改变线圈的自感和互感。
这种变化可以用来感应周围的磁场。
通过测量线圈中的电流和电压变化，可以确定磁场的强度和方向。
二、磁传感器的应用由于磁传感器能够对磁场进行高精度的感应和测量，因此在许多领域都有广泛的应用。
1. 汽车行业：磁传感器在汽车行业中应用广泛，例如车速传感、转向角传感和刹车传感等。
通过对磁场的感应和测量，磁传感器能够实现对车辆运行状态的监测和控制。
2. 电子产品：磁传感器在电子产品中也有重要的应用。
例如，智能手机中的指南针和陀螺仪就是利用磁传感器来感应和测量磁场，实现屏幕旋转和导航功能。
3. 工业自动化：磁传感器在工业自动化中起着关键的作用。
例如，磁传感器可用于检测机械设备的位置和方向，实现自动控制和监测。
磁传感器的工作原理
磁传感器的工作原理
磁传感器是非常常见的传感器，它可以感知到磁场强度及其方向，从而实现触发的功能。
简而言之，它是一种用来检测磁场的物理设备。
它可以检测出两个点之间的磁场强度和方向，可用于测距、定位、重力控制及振动检测等等。
1、磁传感器的基本原理
磁传感器的工作原理是由一个或多个磁棒组成，运用它们感受磁场并据此产生信号，实现对外界磁场信息的检测。
当外界有磁场产生时，在磁传感器中会有磁棒受到影响，由此产生变化的电信号，通过微处理器即可得到外界的磁场信息。
2、典型的磁传感器结构
典型的磁传感器结构由磁极杆、磁场探测器、电极和放大器组成，它们相互结合，构成磁传感器的核心部分。
磁极杆是磁传感器的重要组成部分，它可以获取外界的磁场信息，并根据外界的磁场强度和方向，将信号变化成电性变化。
磁场探测器的作用是发出磁场，将信号交给电极，再交给放大器，无损地放大信号，并交给微处理器，将信号转换成机器可以使用的信号，从而实现磁传感器的功能。
3、磁传感器的应用
磁传感器的应用非常广泛，它可用于汽车、机器人、航空航天等领
域，用来探测以及测量磁场强度及方向，实现位置定位、距离测量等功能。
它还可以用来测量重力、检测振动，完成精确的重力控制。
磁传感器是测量磁场的金融数据，并且可以用于金融体系中的某些应用，例如门禁系统、监控系统等。
总而言之，磁传感器通过其传感功能，可以实现检测物理量的功能，它的应用范围涉及到航空航天、汽车、机器人、金融交易等等。
对于多种电子产品以及机械系统，都能使用它来实现检测和控制磁场的功能。
简述磁性传感器的工作原理
简述磁性传感器的工作原理磁性传感器是由带有磁芯的电磁转换器组成的传感器，常用于测量和检测各种物理量，如力、位移、电流、温度等。
它利用一定的电磁原理，将物理量变化转换为电信号或能量，从而可进行有效地控制、测量和监测。
磁性传感器的原理是利用磁场和电场的变化来传递信息。
当物理量发生变化（如力、位移、电流或温度等）时，磁场会发生相应的变化，以及电磁转换器中磁芯的磁力矢变化。
当磁芯的磁力矢变化时，它就会产生电场的变化，也就是电场的强度变化，然后将这种电场强度变化转换为电信号发出。
这样，通过测量这种变化，就可以检测出物理量的变化。
磁性传感器的工作原理是：当磁力矢发生变化时，会影响电磁转换器中的磁芯，从而产生电场的变化，这种变化会被转换成为电信号，然后发出，从而检测出物理变量的变化，以及其它各种信号的变化。
磁性传感器的特性主要有以下几点：1、高灵敏度和快速响应：由于磁性传感器可以快速响应物理变化，所以它具有高灵敏度。
2、较低的成本：由于磁性传感器技术已经相对成熟，磁性传感器的价格也相对较低。
3、稳定可靠：磁性传感器的工作原理是一种稳定可靠的电磁原理，因此，磁性传感器的稳定性和可靠性也是非常可靠的。
4、抗环境干扰能力强：磁性传感器受环境影响较小，不会因外界环境的变化而发生改变。
综上所述，磁性传感器的应用范围很广，用于检测各种物理量，或用于汽车、机器人控制等，是一种重要的检测、控制和监测设备。
磁性传感器的重要性在于，它可以快速准确地检测物理量的变化情况，以便及时作出相应的控制措施，从而起到保护设备和节省能源的作用。
由此可以看出，磁性传感器是一种非常重要的技术，可以实现对外界物理变化的快速准确检测，并能够有效地控制、监测各种物理量的变化。
它的应用范围也越来越广，被广泛地应用于工业自动化，汽车控制和机器人控制等领域中，极大地提高了相关工程的可靠性和效率。
磁敏传感器工作原理
磁敏传感器工作原理
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的设备。
其基本工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 磁敏元件：磁敏传感器通常由一种磁性材料制成，如硅钢片、铁氧体等。
这些材料具有较低的饱和磁感应强度，即在磁场作用下，材料的磁化程度能够随磁场强度的变化而改变。
2. 磁场作用：当磁敏传感器周围有磁场存在时，磁场会对磁敏元件产生作用，使其磁化程度发生变化。
3. 磁化程度变化引起的电信号：磁敏元件磁化程度的变化会导致其磁导率的改变，进而影响到通过其的磁通量。
当磁敏元件中的磁通量变化时，根据法拉第电磁感应定律，会在磁敏元件上产生涡旋电动势。
4. 电信号放大与处理：通过将磁敏传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波等处理，将其转化为可以被电子设备读取和识别的信号。
总的来说，磁敏传感器通过感知周围磁场的变化，并将其转化为电信号，从而实现磁场的检测和测量。
应用领域广泛，包括磁力计、地磁测量、磁条读写、磁存储等。
磁电式传感器的原理及应用
磁电式传感器的原理及应用引言磁电式传感器是一种常见的传感器类型，广泛用于测量和检测磁场、电流、位移等物理量。
本文将介绍磁电式传感器的工作原理以及一些应用领域。
工作原理磁电式传感器是基于磁电效应工作的，磁电效应是指在外加磁场下材料产生的电磁感应效应。
磁电式传感器一般由磁电材料和传感器结构组成。
磁电材料是传感器的核心部分，它具有磁场敏感性，能够将外加磁场转化为电信号。
常见的磁电材料有磁电晶体、磁电陶瓷等。
传感器结构一般采用薄膜形式，具有高灵敏度和快速响应的特点。
具体来说，磁电式传感器的工作原理如下：1.当外加磁场作用于磁电材料时，磁电材料内部的晶格结构会发生改变。
2.这种晶格结构的改变会引起材料内部的电荷分布发生变化。
3.电荷分布的变化会产生一个电场，进而产生电压差。
4.通过测量电压差的大小，可以确定外加磁场的强度。
应用领域磁电式传感器在许多领域都有广泛的应用，下面列举了一些常见的应用领域：1. 磁场测量磁电式传感器可以用于测量磁场的强度和方向。
例如，在地磁测量中，磁电式传感器可以用来检测地磁场的变化，帮助我们研究地球的磁场分布和变化规律。
2. 电流测量由于电流在传感器周围会产生磁场，磁电式传感器可以用来测量电流的大小和方向。
这在电力系统中非常重要，可以用于电流监测和故障检测。
3. 位移测量磁电式传感器还可以用来测量物体的位移。
通过将磁电传感器与磁体结合使用，可以实现非接触式的位移测量。
这在自动化控制、机器人技术等领域有着广泛的应用。
4. 电子设备磁电式传感器可以用于电子设备中的位置检测、方向检测等功能。
例如，在手机中，磁电式传感器能够检测手机的方向，从而实现屏幕的自动旋转功能。
5. 医疗领域磁电式传感器在医疗领域也有着重要的应用。
例如，可以用于心脏磁场的监测和分析，帮助医生进行心脏病的诊断和治疗。
总结磁电式传感器是一种基于磁电效应工作的传感器，具有广泛的应用。
本文介绍了磁电式传感器的工作原理，以及在磁场测量、电流测量、位移测量、电子设备和医疗领域中的应用。
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通电螺线管的磁场
我购买了一套中学电学实验器材。电路 图如上图所示。实验中，手机如右图所 示放置在通电螺线管左侧，电流从红线 流入，黑线流出。在通电螺线管内部， 磁场从右向左。
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通电螺线管的磁场——iphone磁传感器轴线方位的探究
实验步骤： 1.选取手机长宽高任意一轴对准螺线 管轴线。开始使用phyphox自带的磁 力计记录磁场变化。
其原理是录取一段时长的声波（时 长由设置中的采样数确定），然后 进行快速傅里叶变换，得到音叉的 频谱。频谱的峰值对应音叉的频率。
在实验中，对四个音叉进行频谱分 析（2个标定为512Hz，2个标定为 256Hz）。
11
音叉频率的测量——傅里叶变换法
音Hz)
phyphox测 得频率(Hz)
13
音叉频率的测量——拍频法
实验原理： 考虑两列传播方向相同，振幅相同的声波：
它们的频率分别是f1和f2，它们合成的声波形式为：
当f1和f2相差不大时，f1-f2这一项相较于f1+f2变化较慢，因此表现为合成声波的振幅随时间变化（如图所 示）。振幅的变化频率称为拍频，其频率为Δf=|f1-f2|。 基于此原理，可以通过测量未知频率的音叉和已知频率声波的合成声波的拍频，来倒推出音叉的频率。
为了使测量结果以线性的方式变化，AMR材料上 的金属导线呈45º角倾斜排列，电流从这些导线上 流过。由初始的强磁场在AMR材料上建立起来的 主磁域M和电流I的方向有45º的夹角。
【1】https:///jj163zhuangzi/article/details/50731352
3
手机磁传感器的基本原理
当有外界磁场Ha时，AMR上主磁域方向 就会发生变化而不再是初始的方向了， 那么磁场方向和电流的夹角θ也会发生变 化，对于AMR材料来说，θ角的变化会引 起AMR自身阻值R的变化，并且呈线性 关系。
4
手机磁传感器的基本原理
磁传感器利用惠斯通电桥检测AMR阻值的变化。R1/R2/R3/R4是初始状态相同的AMR电阻， 但是R1/R2和R3/R4具有相反的磁化特性。当检测到外界磁场的时候，R1/R2阻值增加∆R而 R3/R4减少∆R。这样在没有外界磁场的情况下，电桥的输出为零；而在有外界磁场时电桥的 输出为一个微小的电压∆V。当R1=R2=R3=R4=R，在外界磁场Ha的作用下电阻变化为∆R时， 电桥输出ΔV正比于ΔR。这就是手机磁力计的工作原理。
以phyphox频谱分析得到的频率为标准，可以看到使用拍 频测得的频率非常准确。前提条件是，拍频的测量要取在 振幅相等的区域，否则可能有较大误差。（见后）
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音叉频率的测量——拍频法
由于音叉的振幅 随时间不断减弱， 因此，应该调整 手机音量，使波 形中有一段振幅 可以降到零
音叉振幅>手机振幅 Δf=22.5Hz 误差-0.25%
• phyphox不会给每个数据打上时间戳，需 要用设定的录音时间倒推时间点。
• 内存需要按照录音时间进行更改。 • 实测.xls文件处理不了5s的数据，但是改为 19
输出.csv文件就可以解决。
phyphox音频程序的探究
由于phyphox不会给每个数据点打上时间戳，因此需要根据采样频率倒推每个 数据的时间点。一般手机的采样频率使48000Hz，在editor中可在input模块修 改。但是当选取了手机不支持的采样频率时，此项改动不会有作用。在analyze 模块中，使用ramp计算时间轴。假定录音时间为5s，则其output的内存量应该 设为5×48000=240000。audio模块的内存同样应该设置为240000。此外，在 分析选项analysis option中也应该将分析睡眠时间设为5s，这一项决定了录音 多少时间后，才会在屏幕上显示波形。
2.闭合开关，通过调节滑动变阻器， 调节通过螺线管的电流。记录特定电 流下螺线管产生的磁场。
注：滑动变阻器本身也是一个螺线管， 所以为了保证变阻器不影响测量，实 验室将其放置在2m以外。
9
通电螺线管的磁场
10
音叉频率的测量——傅里叶变换法
测量音叉频率的第一种方法是使用 phyphox自带的频谱分析程序。
误差
0.71% 0.71% -0.44% 0.14% 0.14%
在使用FFT对音叉进行频率测量时，误差来自于采样数（即录 音时长）。使用一台手机利用phyphox的Tone generator功能 产生标准的512Hz声音，再使用另一台手机，在不同采样数设 定下进行频谱分析。结果如上表所示，明显观察到，提高采 样数可以减小FFT中的误差。
512
480.47
512
490.72
256
262.21
256
254.88
12
音叉频率的测量——FFT中样本数对误差的影响
设定放出的音频频率
512.00 512.00 512.00 512.00 512.00
样本数
2048 4096 8192 16384 32768
FFT测得频率
515.62 515.62 509.77 512.70 512.70
15
音叉频率的测量——拍频法
音叉编 号
A1 A2 A3 A4
标定频 率
(Hz)
512
512
256
256
Phyphox的 频谱测得频
率(Hz)
480.47
490.72
262.21
254.88
拍测得频 率(Hz)
480.30 491.00 261.99 254.83
误差
-0.04% 0.06% -0.08% -0.02%
音叉振幅=手机振幅 Δf=21.0Hz 误差0 . 0 6 %
音叉振幅<手机振幅
Δf=21.0Hz
误差0 . 0 6 %
17
phyphox音频程序的探究
原版phyphox 程序最大只允 许录音500ms， 长时间录音需 要用editor编 辑。
• phyphox不适合长时间录音，因为数据量 过大，内存和输出的excel处理不了。
自选实验报告
孙炫东 2020年4月1日
主要完成的项目
• 通电螺线管的磁场 • 手机磁传感器原理的探究 • iphone磁传感器轴线方位的探究 • 通电螺线管产生的磁场和电流关系的探究
• 音叉频率的测量 • 使用phyphox的FFT频谱功能对音叉频率进行测量 • 关于phyphox的FFT频谱功能的误差分析 • 使用拍频测量方法对音叉频率进行测量 • 拍频测量中的误差 • phyphox中音频功能编程相关的问题
2
手机磁传感器的基本原理【1】
手机磁传感器采用各向异性磁致电阻（Anisotropic Magneto-Resistance）材料来检测空间中磁感应强度 的大小。这种具有晶体结构的合金材料对外界的磁场 很敏感，磁场的强弱变化会导致AMR自身电阻值发生 变化。在制造过程中，将一个强磁场加在AMR上使其 在某一方向上磁化，建立起一个主磁域M，与主磁域M 垂直的轴被称为该AMR的敏感轴。
2.绕螺线管的轴旋转手机360°
3.观察磁力计xyz轴的变化。按照几何， xyz轴中于螺线管相平行的轴对应的数 据应该没有方向变化。另外两轴的数 据应该有正负变化。 例如，左边两图中，y轴数据没有正负 变化，说明左一图中螺线管轴于指向 的是手机y轴。
7
通电螺线管的磁场
8
通电螺线管的磁场
实验步骤： 1.首先断开开关，放置手机，使磁传 感器y轴与螺线管轴平行。使用磁力 计记录地磁。在之后的数据分析中需 要扣除地磁。
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音叉频率的测量——拍频法
实验步骤： 1.使用手机A，利用利用phyphox的Tone generator功能产生标准频率的声音f1，f1应该和 音叉标定的频率相近。 2.打开手机B，利用自己编写的phyphox程序记 录声波。 3.敲击音叉，记录声波。不断重复实验，使得两 列声波尽可能平行，并且有振幅相等的时段。 4.从声波上截取两列声波振幅相等的区域，读取 拍频Δf，倒推出音叉的频率f2。
20
• 谢谢
21
• phyphox不会给每个数据打上时间戳，需 要用设定的录音时间倒推时间点。
• 内存需要按照录音时间进行更改。 • 实测.xls文件处理不了5s的数据，但是改为 18
输出.csv文件就可以解决。
原版phyphox 程序最大只允 许录音500ms， 长时间录音需 要用editor编 辑。
• phyphox不适合长时间录音，因为数据量 过大，内存和输出的excel处理不了。