第6章磁电式传感器解析
磁电式传感器解析,磁电式传感器的原理结构及其应用
磁电式传感器解析，磁电式传感器的原理结构及其应用磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。
它能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种无源传感器。
磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器，它只适合进行动态测量。
由于它有较大的输出功率，故配用电路较简单；零位及性能稳定。
磁电式传感器的原理结构磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器，它只适合进行动态测量。
由于它有较大的输出功率，故配用电路较简单；零位及性能稳定；利用其逆转换效应可构成力（矩）发生器和电磁激振器等。
根据电磁感应定律，当W匝线圈在均恒磁场内运动时，设穿过线圈的磁通为，则线圈内的感应电势e与磁通变化率d/dt 有如下关系：根据这一原理，可以设计成变磁通式和恒磁通式两种结构型式，构成测量线速度或角速度的磁电式传感器。
下图所示为分别用于旋转角速度及振动速度测量的变磁通式结构。
变磁通式结构（a）旋转型（变磁））；（b）平移型（变气隙）其中永久磁铁1（俗称磁钢）与线圈4均固定，动铁心3（衔铁）的运动使气隙5和磁路磁阻变化，引起磁通变化而在线圈中产生感应电势，因此又称变磁阻式结构。
变磁式结构在恒磁通式结构中，工作气隙中的磁通恒定，感应电势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动线圈切割磁力线而产生。
这类结构有两种，如下图所示。
图中的磁路系统由圆柱形永久磁铁和极掌、圆筒形磁轭及空气隙组成。
气隙中的磁场均匀分布，测量线圈绕在筒形骨架上，经膜片弹簧悬挂于气隙磁场中。
当线圈与磁铁间有相对运动时，线圈中产生的感应电势e为式中B气隙磁通密度（T）；l气隙磁场中有效匝数为W的线圈总长度（m）为l=laW（la为每匝线圈的平均长度）v线圈与磁铁沿轴线方向的相对运动速度（ms-1）。
当传感器的结构确定后，式（5-2）中B、la、W都为常数，感应电势e仅与相对速度v有关。
传感器的灵敏度为为提高灵敏度，应选用具有磁能积较大的永久磁铁和尽量小的气隙长度，以提高气隙磁通密度B；增加la和W也能提高灵敏度，但它们受到体积和重量、内电阻及工作频率等因素的限制。
传感器原理及其应用 第6章 磁电式传感器
材料(单晶) N型锗(Ge) N型硅(Si) 锑化铟(InSb)
1/ 2
4000 1840 4200
砷化铟(InAs)
磷砷铟(InAsP) 砷化镓(GaAs)
0.36
0.63 1.47
0.0035
0.08 0.2
25000
10500 8500
100
850 1700
1530
3000 3800
哪种材料制作的霍尔元件灵敏度高
1、8—圆形弹簧片；2—圆环形阻尼器；3—永久磁铁；4—铝架； 5—心轴；6—工作线圈；7—壳体；9—引线 工作频率 固有频率 灵敏度 10～500 Hz 12 Hz 最大可测加速度 5g 可测振幅范围 精度 ≤10％ 45mm×160 mm 0.7 kg
0.1～1000 m 外形尺寸 1.9 k 质量
d E N dt
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第6章 磁电式传感器
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。 6.1.1 恒磁通式磁电感应传感器结构与工作原理 恒磁通式磁电感应传感器结构中，工作气隙中的磁通恒定，感 应电动势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割 磁力线而产生。这类结构有动圈式和动铁式两种，如图所示。
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第6章 磁电式传感器 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
dx E NBl dt
式中：N为线圈在工作气隙磁场中的匝数；B为工作气隙磁感应 强度；l为每匝线圈平均长度。 当传感器结构参数确定后，N、B和l均为恒定值，E与dx/dt成正 比，根据感应电动势E的大小就可以知道被测速度的大小。 由理论推导可得，当振动频率低于传感器的固有频率时，这种传 感器的灵敏度(E/v)是随振动频率而变化的；当振动频率远大于 固有频率时，传感器的灵敏度基本上不随振动频率而变化，而近 似为常数；当振动频率更高时，线圈阻抗增大，传感器灵敏度随 振动频率增加而下降。 不同结构的恒磁通磁电感应式传感器的频率响应特性是有差异的， 但一般频响范围为几十赫至几百赫。低的可到10 Hz左右，高的可 达2 kHz左右。
第六章磁电式传感器
2.磁电感应式传感器
由上述工作原理可知，磁电感应式传 感器只适用于动态测量，可直接测量振动 物体的速度或旋转体的角速度。如果在其 测量电路中接入积分电路或微分电路，那 么还可以用来测量位移或加速度。
20
2.磁电感应式传感器
三、磁电式传感器的应用
（一）磁电感应式振动速度传感器 以CD-1型为例，它是一种绝对振动传感器，主要技
应电势为：
E d
dt
7
2.磁电感应式传感器
如果线圈是N匝，磁场强度是B，每匝线圈
的平均长度L，线圈相对磁场运动的速度为 :υ=dx/dt，则整个线圈中所产生的电动势为：
E N d NBL dx NBL
dt
dt
8
2.磁电感应式传感器
感应电动势的种类：动生电动势和感生电 动势。
（1）动生电动势是因为导体自身在磁场中 做切割磁感线运动而产生的感应电动势，其方向 用右手定则判断。
2
2.磁电感应式传感器
磁电感应式传感器简称感应式传感器，是 利用通过回路面积的磁通量发生变化，从而回 路中产生感应电动势而工作的，属于机-电能量 变换型传感器。 优点: 1.不需要供电电源，电路简单， 2.性能稳定，输出阻抗小 3.具有一定的工作带宽（10～1000 Hz） 缺点： 尺寸、质量较大
29
3.霍尔式传感器
（一）霍尔传感器工作原理 （二）霍尔元件的结构和基本电路 （三）霍尔元件的主要特性参数 （四）温度误差及其补偿
30
3.霍尔式传感器
霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应进行测量 的一种传感器。1879年美国物理学家霍尔首先在金属 材料中发现了霍尔效应，但金属材料的霍尔效应太弱而 没有得到应用。随着半导体技术的发展，由于霍尔效应 的显著特性使霍尔传感器得到了广泛的应用。它可以直 接测量磁场及微位移量，也可以间接测量液位、压力等 工业生产过程参数。目前霍尔传感器已从分立元件发展 到了集成电路的阶段，正越来越受到人们的重视，应用 日益广泛。1 NhomakorabeaIB
磁电式传感器介绍课件
通过改进材料和结构设计，提高磁电式传感器的温度稳定性，使其在宽温范围内仍能保 持稳定的性能。
降低成本与推广应用
降低制造成本
优化生产工艺和降低原材料成本，以降 低磁电式传感器的制造成本，使其更具 市场竞争力。
VS
标准化与互操作性
推动磁电式传感器的标准化和互操作性， 促进不同厂商之间的传感器兼容性和互换 性，降低使用成本。
振动与冲击测量
振动传感器
磁电式传感器能够将机械振动转化为 电信号，实现振动的测量。在结构健 康监测、地震工程等领域有广泛应用 。
冲击传感器
磁电式传感器能够测量冲击波或冲击 力的强度和方向，常用于爆炸测试、 武器系统等领域的安全监测和防护。
05
磁电式传感器的未来发展与挑 战
新材料与新技术的应用
高性能磁性材料
高灵敏度
01
磁电式传感器采用磁电转换原理 ，能够将磁场变化转化为电信号 ，具有较高的灵敏度，能够检测 微弱的磁场变化。
02
高灵敏度使得磁电式传感器在测 量弱磁场、低磁场变化率以及微 小位移等方面具有显著优势。
宽测量范围
磁电式传感器的测量范围较广，能够 适应不同大小和类型的磁场。
宽测量范围使得磁电式传感器在各种 磁场环境下都能实现精确测量，具有 广泛的应用领域。
线圈设计还需要考虑到线圈的散热性能和绝缘性能，以确保传感器能够长时间稳定 运行。
材料选择与加工工艺
01
02
03
04
材料选择与加工工艺是影响磁 电式传感器性能的重要因素。
在材料选择方面，需要考虑到 材料的磁性能、机械性能和稳
定性等因素。
在加工工艺方面，需要考虑到 加工精度、表面处理和装配工
艺等因素。
第6章磁电式传感器-课件
传感器原理及应用
6.2 霍尔式传感器
➢ 测磁的方法：
①利用电磁感应作用的传感器（强磁场） 如：磁头、机电设备、测转速、磁性标定、差动变压器； ②利用磁敏电阻、磁敏二极管、霍尔元件测量磁场； ③利用超导效应传感器，SQVID 约瑟夫元件； ④利用核磁共振的传感器，有光激型、质子型。 ⑤利用磁作用传感器，磁针、表头、继电器；
此处加标题
第6章磁电式传感器
眼镜小生制作
第6章 磁电式传感器
主要内容：
传感器原理及应用
6.1 磁电感应式传感器 6.2 霍尔式传感器
第6章 概述
磁电式传感器
传感器原理及应用
➢磁电式传感器是利用电磁感应原理，通过检测磁场的变化 将运动的速度、位移、振动等物理量转换成线圈中的感应电 动势输出。
➢导体和磁场发生相对运动时，在导体两端有感应电动势输 出，磁电感应式传感器工作时不需要外加电源，可直接将被 测物体的机械能转换为电量输出。是典型的有源传感器。
•
接入微分电路可测量加速度信号。
esv x vt
a
dv dt
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.3 测量电路
If C
❖ 速度经积分电路 可测量位移
Ii
根据 esv x vt
-
ui R
+
u0
理想运放 U U 0 Ii If ui /R
设电容上初始电压为零，输出电压是输入电压对时间积分
②动钢型
线圈与壳体固定
动圈型
传感器原理及应用
动钢型
恒磁通式测振动
第6章 磁电式传感器
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.1 工作原理
第6章-磁电式传感器
二、动圈、铁式磁电传感器
导线在磁场中作切割 磁力线运动，导线产生 的电场值为
e NBlv sin
对于线速度型
dx e NBl sin dt
N 线圈匝数 B 磁场强度 l 单匝线圈有效长度 dx/dt 线圈与磁场的相对运动速度 运动方向与磁场方向夹角
一般=900，则
命名：电感（变磁阻）式位移传感器 分类：结构型、能量控制型
四、磁电式传感器非线性误差
v N
S
线圈向上运动， 附加磁场与工作磁 场方向相反，灵敏 度下降。 线圈向下运动， 附加磁场与工作磁 场方向相同，灵敏 度上升。
线圈运动速度方向不同时，灵敏度具有不同的数 值，使传感器输出基波能量降低，谐波能量增加,灵 敏度越高，线圈中电流越大，这种非线性越严重。
dx e NBl dt
dx e dt
角速度型
e kWBA e
角速度 k 依赖于结构的系数 （k<1） A 单匝线圈的截面积
三、磁阻式磁电传感器
4 3 2 1 N S
线圈和磁铁不动，由运动着的导 磁材料的物体改变磁路的磁阻，引起 磁力线增加或减弱，使线圈产生感应 电势。
一、概述
当一个W匝线圈相对静止地处于随时间 变化的磁场中时，设穿过线圈的磁通为 φ ， 则线圈内的感应电势 e与磁通变化率 dφ/dt有 如下关系：
d e W dt
型式
（恒磁通式）
线圈-磁铁活动型
（变磁通式）
动圈式—线圈移动 动铁式—磁铁移动
衔铁活动型 磁阻式 衔铁移动，磁阻变化
1. 振动测量
CD-1型是绝对式传感器：
应用二
2. 扭矩测量
测量原理：
第六章磁电式传感器与应用思考题
第六章磁电式传感器与应用思考题6.1试述霍尔电势建立的过程。
霍尔电势的大小和方向与哪些因素有关？答：霍尔电势建立的过程：通有电流的金属板上加一个强磁场，当电流方向与磁场方向垂直时，在与电流和磁场都垂直的金属板的两表面间出现电势差，这个现象称为霍尔效应，这个电势差称为霍尔电动势，其成因可用带电粒子在磁场中所受到的洛伦兹力来解释。
将金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中。
当有电流流过薄片时，电子受到洛伦兹力的作用向一侧偏移，电子向一侧堆积形成电场，该电场对电子又产生电场力。
电子积累越多，电场力越大。
洛伦兹力的方向可用左手定则判断，它与电场力的方向恰好相反。
当两个力达到动态平衡时，在薄片的垂直于B的另一方向建立稳定电场，即霍尔电动势。
激励电流越大，磁场越强，电子受到的洛伦兹力也越大，霍尔电动势也就越高。
其次，薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度等因素对霍尔电动势也有影响。
霍尔电动势（mV）的数学表达式E H = K H I B式中，E H为霍尔电动势；K H为霍尔元件的灵敏度系数；I为输入电流；B为磁感应强度。
霍尔电动势的方向与I、B的方向有关。
6.2霍尔元件主要有哪些技术指标？分别是怎样定义的？答：霍尔元件主要的技术指标：灵敏度系数、输入阻抗、输出阻抗、额定电流、温度系数和使用温度范围。
灵敏度系数：霍尔元件在单位IB所产生的霍尔电动势；输入阻抗：是指霍尔元件电流进出端之间的的阻抗；输出阻抗：是指霍尔元件电压输出正负端子之间的的内阻；额定电流：是指霍尔元件的输入电流的允许的最大值；温度系数：是指霍尔元件在单位温度变化所引起的霍尔电动势的变化；使用温度范围：是指霍尔元件在正常使用的温度范围。
6.3霍尔元件存在不等位电势的主要原因有哪些？如何对其进行补偿？补偿的原理是什么？答：霍尔元件存在不等位电势的主要原因：（1）由于两个霍尔电压极在制作时不可能绝对对称地焊接在霍尔元件两侧；（2）输入电流极的端面接触不良；（3）所用材料不均匀；（4）霍尔元件的厚度不均匀。
(第6章)磁电式传感器
6.2.2 霍尔元件的应用
1．霍尔式微量位移的测量 ．
由霍尔效应可知，当控制电流恒定时， 由霍尔效应可知，当控制电流恒定时， 霍尔电压U与磁感应强度B成正比，若磁感 成正比， 的函数， 应强度B是位置x的函数，即 UH=kx 13） （6-13） 式中： ——位移传感器灵敏度 位移传感器灵敏度。 式中：ｋ——位移传感器灵敏度。
测量转速时，传感器的转轴1 测量转速时，传感器的转轴1与被测物 体转轴相连接，因而带动转子2转动。 体转轴相连接，因而带动转子2转动。当转 的齿与定子5的齿相对时，气隙最小， 子2的齿与定子5的齿相对时，气隙最小， 磁路系统中的磁通最大。而磁与槽相对时， 磁路系统中的磁通最大。而磁与槽相对时， 气隙最大，磁通最小。因此当转子2转动时， 气隙最大，磁通最小。因此当转子2转动时， 磁通就周期性地变化，从而在线圈3 磁通就周期性地变化，从而在线圈3中感应 出近似正弦波的电压信号， 出近似正弦波的电压信号，其频率与转速 成正比例关系。 成正比例关系。
2．霍尔元件基本结构 ．
霍尔元件的外形结构图，它由霍尔片、 霍尔元件的外形结构图，它由霍尔片、 根引线和壳体组成， 4根引线和壳体组成，激励电极通常用红色 而霍尔电极通常用绿色或黄色线表示。 线，而霍尔电极通常用绿色或黄色线表示。
图6-8阻 ）
I v= nebd
得
IB EH = nebd
IB UH = ned
式中： 称之为霍尔常数， 式中：令RH=1/ne，称之为霍尔常数， 其大小取决于导体载流子密度， 其大小取决于导体载流子密度，则
RH IB = K H IB UH = d
（6-12） 12）
称为霍尔片的灵敏度。 式中： 式中：KH=RH/d称为霍尔片的灵敏度。
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学习目的➢掌握霍尔传感器的工作原理与特性，熟悉霍尔传感器件➢了解磁敏电阻、磁敏二极管等磁敏元件的工作原理和特性6.1 概述6.2 霍尔式传感器的工作原理与特性6.3 磁敏传感器6.4 磁电式传感器的应用本章小结复习思考题主要内容6.1 概述➢磁电感应式传感器是通过磁电转换将被测非电量（如振动、位移、速度等）转换成电信号的一种传感器。
➢1820年奥斯特首次通过实验发现电流的磁效应。
1831年英国物理学家法拉第发现电磁感应定律。
根据电磁感应定律，在切割磁通的电路里，产生与磁通变化速率成正比的感应电动势。
最简单的把磁信号转换为电信号的磁电传感器就是线圈。
随着科技发展，现代磁电传感器已向固体化发展，它是利用磁场作用在被测物上，使物质的电性能发生变化的物理效应制成的，从而使磁场强度转换为电信号。
➢磁电式传感器的种类较多，不同材料制作的磁传感器其工作原理和特性也不相同。
本章主要介绍霍尔传感器以及磁阻元件、磁敏二极管、磁敏晶体管等常用半导体磁传感器的原理、特性和应用。
➢1879 年，美国物理学家霍尔经过大量的实验发现：如果让恒定电流通过金属薄片，并将薄片置于强磁场中，在金属薄片的另外两侧将产生与磁场强度成正比的电动势。
这个现象后来被人们称为霍尔效应。
但是由于这种效应在金属中非常微弱，当时并没有引起人们的重视。
1948 年以后，由于半导体技术迅速发展，人们找到了霍尔效应比较明显的半导体材料，并制成了砷化稼、锑化铟、硅、锗等材料的霍尔元件。
➢用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器。
霍尔传感器可以做得很小（几个平方毫米），可以用于测量地球磁场，制成电罗盘；将它卡在环形铁心中，可以制成大电流传感器。
它还广泛用于无刷电动机、高斯计、接近开关、微位移测量等。
它的最大特点是非接触测量。
其它类型的磁电感应式传感器很多，常用的有磁敏电阻与磁敏传感器等。
磁敏电阻一般用于磁场强度、漏磁、制磁的检测或在交流变换器、频率变换器、功率电压变换器、移位电压变换器等电路中作控制元件，还可用于接近开关、磁卡文字识别、磁电编码器、电动机测速等方面或制作磁敏传感器用。
磁敏二极管和磁敏晶体管多用于检测弱磁磁场，无触点开关，位移测量，转速测量等。
6.2 霍尔传感器的工作原理与特性6.2.1 霍尔效应➢在置于磁场中的导体或半导体内通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电动势差，这种现象称为霍尔效应。
利用霍尔效应制成的元件称为霍尔传感器。
所产生的电动势称为霍尔电势。
➢如图6-1所示，在长、宽、高分别为L 、W 、H 的半导体薄片的相对两侧a 、b 通以控制电流，在薄片垂直方向加以磁场B 。
设图中的材料是N 型半导体，导电的载流子是电子。
在图示方向磁场的作用下，电子将受到一个由c 侧指向d 侧方向力的作用，这个力就是洛仑兹力。
洛仑兹力用表示，大小为：L F q Bυ=v 电子电荷量载流子的运动速度磁感应强度➢在洛仑兹力的作用下，电子向d侧偏转，使该侧形成负电荷的积累，c侧则形成正电荷的积累。
这样，c、d两端面因电荷积累而建立了一个电场,称为霍尔电场。
该电场对电子的作用力与洛仑兹力的方向相反，即阻止电荷的继续积累。
当电场力（）与洛仑兹力大小相等时，达到动态平衡。
这时有HEH HF qE=HqE q Bυ=所以霍尔电场的强度为HE Bυ=（6-2）在c与d两侧面间建立的电动势差称为霍尔电势，用表示HUH H HU E W U BWυ==或当材料中的电子浓度为n时（6-3）/()I nqHWυ=1HIU BW BW IBnqHW nqHυ===➢设---霍尔系数，得➢设---霍尔灵敏度，则1HIU BW BW IBnqHW nqHυ===1HRnq=（6-5）HHRKH=HH HRU IB K IBH==反映材料霍尔效应的强弱，是由材料性质所决定的一个常数大小霍尔灵敏度，它表示霍尔元件在单位控制电流和单位磁感应强度时产生的霍尔电势的大小HHRU IBH=（6-6）霍耳电势与材料的关系通过以上分析，可以看出⑴霍耳电压U H大小与材料的性质有关。
一般来说，金属材料n较大，导致R H和K H变小，故不宜做霍耳元件。
霍耳元件一般采用N型半导体材料。
R H=1/nq⑵霍耳电压U H与元件的尺寸关系很大，生产元件时要考虑到以下几点：1）根据式，H愈小，K H愈大，霍耳灵敏度愈高，所以霍耳元件的厚度都比较薄。
但H太小，会使元件的输入、输出电阻增加，因此，也不宜太薄。
2）元件的长宽比对U H也有影响。
L/W加大时，控制电极对霍耳电压影响减小。
但如果L/W过大，载流子在偏转过程中的损失将加大，使U H下降，通常要对式（6-6）加以形状效应修正：(6-7）式（6-7）中，为形状效应系数，其修正值如下表所示。
通常取HH HRU IB K IBH==/2L W=)/(WLfL/W0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0f(L/W)0.3700.6750.8410.9230.9670.9840.996(/)H HU K IBf L W=霍耳电势与材料的关系3）霍耳电压U H与控制电流及磁场强度有关。
根据式U H正比于I及B。
当控制电流恒定时，B愈大，U H愈大。
当磁场改变方向时，U H也改变方向。
同样，当霍耳灵敏度K H及磁感应强度B恒定时，增加控制I,也可以提高霍耳电压的输出。
但电流不宜过大，否则，会烧坏霍耳元件。
HH HRU IB K IBH==6.2.2 霍尔元件的结构和主要参数➢霍尔元件是一种四端型器件，如图6-2所示，它由霍尔片、4根引线和壳体组成。
霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，尺寸一般为4mm×2mm×0.1 mm。
通常为红色的两个引线A、B 为控制电流，C、D 两个绿色引线为霍尔电势输出线。
图6-2 霍尔元件主要特征参数（1）额定控制电流I：使霍尔片温升10℃所施加的控制电流值。
（2）输入电阻：指控制电极间的电阻值。
（3）输出电阻：指霍尔电势输出极之间的电阻值。
（4）最大磁感应强度：磁感应强度超过时，霍尔电势的非线性误差明显增大，数值一般小于零点几特斯拉。
iRORmBmB（5）不等位电势：在额定控制电流下，当外加磁场为零时，霍尔输出端之间的开路电压称为不等位电势。
它是由于四个电极的几何尺寸不对称引起的，如图6-3所示。
使用时多采用电桥法来补偿不等位电势引起的误差。
图6-3 霍尔元件的不等位电势（6）霍尔电势温度系数：在磁感应强度及控制电流一定清况下，温度变化l ℃相应霍尔电势变化的百分数。
它与霍尔元件的材料有关，一般为0.1﹪/℃左右。
在要求较高场合，应选择低温漂的霍尔元件。
6.2.3 集成霍尔传感器➢将霍尔敏感元件、放大器、温度补偿电路及稳压电源等集成于一个芯片上构成霍尔集成传感器。
有些霍尔传感器的外形与DIP 封装的集成电路相同，故也称集成霍尔传感器。
➢类型：分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器。
1、霍尔线性集成传感器这种线性型传感器的输出电压与外加磁场强度在一定范围内呈线性关系，广泛用于位置、力、重量、厚度、速度、磁场、电流等的测量、控制。
这种传感器有单端输出和双端输出（差动输出）两种电路，如图6-4 所示。
2. 开关型霍尔集成传感器➢开关型霍尔集成传感器由霍尔元件、放大器、施密特整形电路和开关输出等部分组成，其内部结构框图如图6-5所示。
当有磁场作用在霍尔开关集成传感器上时，根据霍尔效应原理，霍尔元件输出霍尔电势，该电压经放大器放大后，送至施密特整形电路。
当放大后的霍尔电势大于“开启”阈值时，施密特电路翻转，输出高电平，使晶体管导通，整个电路处于开状态。
当磁场减弱时，霍尔元件输出的电压很小，经放大器放大后其值仍小于施密特的“关闭”阈值时，施密特整形器又翻转，输出低电平，使晶体管截止，电路处于关状态。
这样，一次磁场强度的变化，就使传感器完成一次开关动作。
图6-5 霍尔开关集成传感器内部结构框图霍耳元件其他符号及代号国产器件常用H代表霍耳元件，后面的字母代表元件的材料，数字代表产品的序号。
如HZ-1元件，说明是用锗材料制成的霍耳元件；HT-1元件，说明是用锑化铟（InSb）材料制成的元件。
II6.3磁敏传感器6.3.1 磁敏电阻1. 磁阻效应➢磁敏电阻是利用磁阻效应制成的一种磁敏元件。
将一载流导体置于外磁场中，除了产生霍尔效应外，其电阻也会随磁场变化，这种现象称为磁阻效应。
➢在没有外加磁场时，磁阻元件的电流密度矢量，如图6-8a所示。
当磁场垂直作用在磁阻元件表面上时，由于霍尔效应，使得电流密度矢量偏移电场方向某个霍尔角，如图6-8b所示。
这使电流流通的途径变长，导致元件两端金属电极间的电阻值增大。
电极间的距离越长，电阻的增长比例就越大，所以在磁阻元件的结构中，大多数是把基片切成薄片，然后用光刻的方法插入金属电极和金属边界。
磁阻效应的表达式➢当温度恒定，在弱磁场范围内，磁阻与磁感应强度的平方成正比。
对于只有电子参与导电的最简单情况，理论推出磁阻效应的表达式为)273.01(22BBμρρ+=磁感应强度电子迁移率磁感应强度为B时的电阻率（6-8）设电阻率的变化为Bρρρ∆=-则电阻率的相对变化为222/0.273()B k Bρρμμ∆==（6-9）➢由上式可知，磁场一定，迁移率高的材料磁阻效应明显。
InSb（锑化铟）和InAs（砷化铟）等半导体的载流子迁移率都很高，更2. 磁敏电阻的形状➢磁阻效应除与材料有关外，还与磁阻器件的几何形状及尺寸密切相关➢在恒定磁感应强度下，磁敏电阻的长与宽的比越小，电阻率的相对变化越大。
考虑到形状影响时，电阻率的相对变化与磁感应强度和迁移率的关系可用下式近似表示➢（6-10）➢式中—形状效应系数，L,b分别为磁阻器件的长度和宽度。
➢除长方形磁阻器件外，还有圆盘形磁阻器件，其中心和边缘各有一个电极，如图6-9 所示。
这种圆盘形磁阻器件称为科尔比诺圆盘。
这时的效应称科尔比诺效应。
因为圆盘的磁阻最大，故大多磁阻器件做成圆盘结构。
)]/(1[)(/2blfBk-=∆μρρ)/(blf磁阻元件3. 磁敏电阻的基本特性(1)B-R特性。
它由无磁场时的电阻和磁感应强度B时的电阻来表示。
随元件形状不同而异，约为数十欧至数千欧，随磁感应强度变化而变化。
图6-10为磁敏电阻的特性曲线。
在0.1T以下的弱磁场中，曲线呈现平方特性，而超过0.1T后呈现线性变化。
图6-10 磁敏电阻的B-R特性（2）灵敏度K 磁敏电阻的灵敏度可由下式表示：（6-11）式中——磁感应强度为0.3T时的值；——无磁场时的电阻值。
一般情况下，磁敏电阻的灵敏度K≥2.7。
（3）温度系数磁敏电阻的温度系数约为-2％/℃，这个值较大。
为补偿磁敏电阻的温度特性，可采用两个元件串联成对使用，用差动方式工作。