磁感式传感器工作原理
磁感传感器工作原理
磁感传感器工作原理
磁感传感器就像是一个神奇的小侦探，专门负责探测磁场的秘密。
咱们先来说说磁场这玩意儿。
想象一下，磁场就像是一个看不见的魔法场，到处都存在，但咱们的眼睛可看不到。
但是呢，磁感传感器有它的妙招！
这个磁感传感器啊，里面有一些特别的材料和结构。
这些材料对磁场特别敏感，就好像它们能感受到磁场的“抚摸”一样。
当有磁场靠近的时候，传感器里面的这些敏感材料就会开始“行动”啦！它们会根据磁场的强弱和方向发生一些变化。
比如说，电阻可能会改变，电压也可能会不一样。
这就好比是磁场给传感器发送了一些特别的“信号”，而传感器聪明得很，能够读懂这些信号。
而且哦，磁感传感器可聪明啦，它能够分辨出磁场的方向。
比如说，是从左边来的磁场，还是从右边来的，是从上边来的，还是从下边来的，它都能分得清清楚楚。
你是不是在想，这到底是怎么做到的呢？其实啊，这就像是传感器有一双超级敏锐的“眼睛”，能够捕捉到磁场的细微差别。
有时候，磁感传感器就像是一个忠实的小卫士，一直在默默地监测着周围的磁场变化。
比如说在一些工业设备里，它能帮助确保机器正常运转，一旦磁场有啥不正常的变化，它就会赶紧发出警报，提醒人们注意。
在汽车里，它也能发挥大作用呢！帮助控制各种系统，让咱们的驾驶更加安全和舒适。
甚至在咱们的手机里，也可能有磁感传感器的身影哦！比如说，它能帮助手机判断方向，让导航更加准确。
总之呀，磁感传感器虽然小小的，但是它的本事可大着呢！它就像是一个默默无闻的小英雄，一直在为我们的生活提供着各种便利和保障。
怎么样，是不是觉得磁感传感器很神奇呀？。
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。
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。
电磁传感器工作原理
电磁传感器工作原理
电磁传感器是一种利用电磁感应原理来检测和测量物理量的设备。
其工作原理基于法拉第电磁感应定律，即当磁场的磁通量发生变化时，会在导体中产生感应电动势。
利用这个原理，电磁传感器通过感应电动势来测量物体的变化量。
电磁传感器通常由线圈和磁场源组成。
当磁场源产生磁场时，线圈中的导体会受到磁场力的作用，从而导致感应电动势的产生。
这个感应电动势的大小与磁场的强度和线圈中导体的长度、速度等因素有关。
在实际应用中，电磁传感器可以用于测量物体的位置、速度、加速度等物理量。
例如，磁感应式位置传感器利用磁场的分布来测量物体的位移；电磁流量计利用导体在磁场中受到的电磁力来测量流体的流量。
电磁传感器的工作原理可用以下步骤来描述：
1. 当磁场源产生磁场时，线圈中的导体会受到磁场力的作用。
2. 这个磁场力将导致导体中的自由电子受到偏移，从而形成感应电动势。
3. 感应电动势的大小与磁场的强度和导体的几何参数有关。
4. 通过测量感应电动势的大小，可以确定物体的变化量。
需要注意的是，电磁传感器的测量精度和灵敏度与线圈的设计和磁场的稳定性有关。
因此，在实际应用中，需要对传感器进行合理的设计和校准，以确保测量结果的准确性和可靠性。
(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。
磁电感应式传感器工作原理
图 7 - 5 是动圈式振动速度传感器结构示意图。 其结构主 要由钢制圆形外壳制成, 里面用铝支架将圆柱形永久磁铁与外 壳固定成一体, 永久磁铁中间有一小孔, 穿过小孔的芯轴两端 架起线圈和阻尼环, 芯轴两端通过圆形膜片支撑架空且与外壳 相连。
第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器
（7 - 13）
EH=
IB bdae
（7 -14）
第7章 磁电式传感器将上源自代入式（7 - 10）得UH =
IB ned
（7 -15）
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，则
UH =RH
IB d
K
HIB
（7 - 16）
式中KH=RH/d称为霍尔片的灵敏度。由式（7 - 16）可见, 霍尔
第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器
7.1
磁电感应式传感器又称磁电式传感器, 是利用电磁感应 原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的 一种传感器。 它不需要辅助电源就能把被测对象的机械量 转换成易于测量的电信号, 是有源传感器。由于它输出功率 大且性能稳定, 具有一定的工作带宽（10～1000 Hz）, 所以 得到普遍应用。
但在室温时其霍尔系数较大。砷化铟的霍尔系数较小, 温 度系数也较小, 输出特性线性度好。 表 7 - 1 为常用国产霍尔 元件的技术参数。
第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器
2. 霍尔元件基本结构
霍尔元件的结构很简单, 它由霍尔片、 引线和壳体组成, 如图 7 - 9(a)所示。 霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片， 引出四个引线。1、1′两根引线加激励电压或电流，称为激 励电极；2、2′引线为霍尔输出引线，称为霍尔电极。 霍尔 元件壳体由非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装而成。 在电 路中霍尔元件可用两种符号表示，如图7- 9(b)所示。
磁电式传感器的工作原理
一、引言磁电式传感器（magnetic-electric sensor）是一种常见的传感器类型，广泛应用于各个领域中，包括工业自动化、交通运输、机器人、医疗设备等。
磁电式传感器利用磁力与电磁感应的原理，将磁场的变化转化为电信号，从而实现对磁场强度、方向或位置的检测。
本文将详细解释磁电式传感器的工作原理，包括其基本原理、结构、工作方式以及应用领域。
二、磁电式传感器的原理1. 电磁感应原理磁电式传感器的工作原理基于电磁感应的原理。
根据法拉第电磁感应定律，当一个导体在磁力线穿过时，会在导体中产生电动势。
这种现象可以用以下公式表示：EMF = -dΦ/dt其中EMF表示电动势，Φ表示磁场通量，dt表示时间的微小变化。
根据该定律可知，当磁场强度或磁场方向发生变化时，会在导体中产生电动势。
2. 磁电效应原理磁电式传感器的核心部件是磁电材料，如铁电材料或磁电材料。
磁电材料具有磁电效应，即在外加磁场的作用下，会产生磁感应强度与电场强度之间的线性关系。
磁电效应可以通过以下公式表示：E = k * H其中E表示电场强度，k表示磁电系数，H表示磁场强度。
根据该公式可知，当磁场强度发生变化时，磁电材料会产生相应的电场强度变化。
3. 磁电式传感器的构成磁电式传感器通常由磁电材料、电极、封装以及相关电路组成。
磁电材料：磁电材料是磁电式传感器的核心部件，它通过磁电效应将磁场的变化转化为电场的变化。
常见的磁电材料包括铁电材料和磁电材料。
电极：电极用于连接磁电材料和外部电路，将磁电材料产生的电场信号引出。
封装：封装是保护磁电材料和电极的外壳，通常采用环氧树脂或金属外壳进行封装。
相关电路：相关电路包括放大电路、滤波电路和输出电路等，用于放大和处理磁电材料产生的电场信号，提供给外部电路使用。
4. 磁电式传感器的工作原理磁电式传感器的工作原理基于磁电效应和电磁感应的原理。
当存在磁场时，磁电材料会产生相应的电场变化。
根据电磁感应原理，当磁场的强度或方向发生变化时，会在磁电材料中产生电动势。
常见磁传感器及原理和应用
基本补偿电路 霍尔元件的不等位电势补偿电路有很多形式。 图a是在造成电桥不平衡的电阻值较大的一个桥臂上并联RP，通过调节 RP 使电桥达到平衡状态，称为不对称补偿电路 图b相当于在两个电桥臂上并联调用电阻，称为对称补偿电路。
（a） 不对称补偿 （b） 对称电路
霍尔器件要点： 1、额定激励电流：霍尔元件温升10度时所施加的电流为额定激励电流IH； 2、零位电势：在额定控制电流下，无外加磁场时，霍尔器件电极之间的存在电势，或称为零位电位，主要原因霍尔电极的位置不在同一个等位面上，以及制作过程中引入应力， 3、温度特性：霍尔器件的电阻率和载流子的迁移率都是温度的函数。AlGaAs/InGaAs/GaAs和InAlAs/InGaAs/GaAs异质结构，灵敏度高温度系数低零位电势和温度变化一般通过电阻补偿方法解决
霍尔效应 霍尔效应最早是霍尔（Edvin Hall）于1879年发现的，但直到20世纪50年代，随着微电子技术的发展，霍尔效应才被重视和使用，并开发出多种霍尔效应器件。
洛仑兹力FM ：
霍尔电场EH ：
注：对无限长霍尔元件
对于实际有限长霍尔元件，需增加一个形状效应系数
基本概念
磁学量的单位
CGSE，又称静电单位制（electrostatic units）简称ESU 基本量为长度、质量和时间。基本单位为cm、g和s。 通过库仑定律，并令k＝1确定电荷单位，库仑。电场强度E、极化强度P和电位移D量纲都相同。 安培环路定律和法拉第电磁感应定律分别确定磁感应强度B和磁场强度H，量纲不同，真空中也不相等，真空磁导率μ0=1/c2。 CGSM，又称电磁单位制（electromagnetic units）简称EMU ，CGSM 制的基本量和基本单位与CGSM制的一样，但是确定电磁量单位的物理公式不同。它是通过安培-毕奥-萨伐尔定律 并令K=1确定电流单位， D和E具有不同的量纲，真空介电常数ε0=1/c2。 但B和H的单位相同，但通常B的单位称为高斯，H的单位称为奥斯特。磁导率μ是无量纲的。
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磁感应式曲轴位置传感器
1-信号转子;2-传感线圈;Fra bibliotek-永久磁铁工作原理:
1-信号转子;2-传感线圈;3-永久磁铁
当信号转子按顺时针旋转时,转子凸齿与磁头间的气隙减小,磁路磁阻减小,磁通量增大, 转子凸齿接近磁头边缘时，磁通量急剧增多，磁通变化率最大，感应电动势 最高,如图 中曲线b点所示。 当转子旋转到凸齿的中心线与磁头的中心线对齐如图所示，虽然转子凸齿与磁头间的 气隙最小，磁路的磁阻最小，磁通量最大，但是，由于磁通量不可能继续增加，磁通变 化率为零，因此感应电动势E为零c点.
典型汽油机电控燃油喷射系统分析
D型电控汽油喷射系统 D是德语DRUCK(压力)的第一个字母，因为D型电控汽油 喷射系统是借助于进气歧管压力传感器测量的进气歧管压力和发动机转速来确定基本 喷油量的，因此其为速度密度方式的电控汽油喷射系统。
1· 电子控制单元; 2.喷油器; 3.进气歧管绝对压力传感器 4· 冷却液温度传感器; 5· 温度开关或温度时间开关 6· 冷启动喷油器; 7· 电动燃油泵; 8· 燃油滤清器; 9· 燃油压力调节器; 10· 辅助空气阀;11· 节气门开关;12· 分电器13· 油箱
磁感应式传感器的突出优点是不需要外加电源，永久磁铁起着将机械能变换为电能 的作用，其磁能不会损失。当发动机转速变化时，转子凸齿转动的速度将发生变化，铁 心中的磁通变化率也将随之发生变化。转速越高，磁通变化率就越大，传感线圈中的感 应电动势也就越高。如下图
转 子 凸齿 与磁 头间 的气 隙直接影响磁路的磁阻和传 感线圈输出电压的高低，因 此在使用中，转子凸齿与磁 头间的气隙不能随意变动。 气隙如有变化，必须按规定 进行调整，气隙一般设计在 0·2-0·4mm范围内。
(2)D型汽油喷射系统的燃油供给系统 D型燃油喷射系统的油路如下图，燃油被电动燃油泵从油箱1(书13)中泵出后送往滤清器3， 清洁的燃油一部分经压力调节器4调压后送往喷油器5和冷启动喷油器6，多余的燃油则由 压力调节器返回油箱1。D型燃油喷射系统在冷车启动时利用冷启动喷油器与温度时间开关 实现冷启动加浓。
(3)D型的电控系统 D型汽油喷射系统的电路图。它 由各种传感器、电控单元、执行元 件以及继电器等元器件组成。主要 的传感器有进气压力传感器10、发 动机温度传感器15、节气门位置传 感器(电位器)11、分电器中的转速传 感器、进气温度传感器14等。主要 的执行元件有喷油器16、冷启动阀 12、电动燃油泵4等。其中该系统所 独有的是进气压力传感器.
捷达、桑塔纳轿车磁感应式曲轴位置凸轮轴位置传感器 信号转子为齿盘式，在其圆周上间隔均匀地制做有58个凸齿、57个小齿缺和1个大齿缺。 大齿缺输出基准信号，对应于发动机1缸或4缸压缩上止点前一定角度。大齿缺所占的弧度 相当于两个凸齿和三个小齿缺所占弧度,因为信号转子随曲轴一同旋转，曲轴旋转一圈 (3600)，信号转子也旋转一圈(3600)，所以信号转子圆周上的凸齿和齿缺所占的曲轴转角 为3600,每个凸齿和小齿缺所占的曲轴转角均为30(58x30+57x30=3450)，大齿缺所占的曲轴 转角为150 .
每当信号转子随发动机曲轴转动一圈，传感线圈就会向控制单元ECU输入58个脉冲 信 号;因此，ECU每接收到曲轴位置传感器58个信号，就可知道发动机曲轴旋转了一转。 如果每分钟内ECU接收到曲轴位置传感器116000个信号，ECU便可计算出曲轴转速n 为2000转/min.
作业:叙述磁感应式和霍尔式曲轴位置传感器的结构和工作原理
(l) D型电控汽油喷射系统 空气先流经空气滤清器，被空气温度传感器测量温度后流经节流阀体，流经节流阀 体后的进气被进气歧管压力传感器测压后流入进气歧管。怠速时，空气则由辅助空气 阀上的旁通气道流进进气歧管;当冷车启动时，辅助空气阀上的旁通气道为发动机提供 额外的进气，该系统不设怠速电子控制装置。
LH型电控汽油喷射系统
（热丝式、热膜式）
看书P41
LH型喷射系统的空气系统与L型喷射系统的空气系统的主要区别就是用热线式空气流 量计代替了叶片式空气流量传感器。
K型和KE型汽 油喷射系统
机械控制式和 机电控制式、 电液控制式等 已被电子控制 式取代。
工作情况
信号转子每转过一个凸齿，传感线圈中就会产生一个周期的交变电动势(即 电动势出现一次最大值和一次最小值)，线圈相应地输出一个交变电压信号。 因为信号转子上设制有一个产生基准信号的大齿缺，所以当大齿缺转过磁头时， 信号电压所占的时间较长，即输出信号为一宽脉冲信号，该信号对应于1缸或4 缸压缩上止点前一定角度。控制单元ECU接收到宽脉冲信号时，便可知道1缸或 4缸上止点位置即将到来，由于信号转子上有58个凸齿，因此信号转子每转一 圈(发动机曲轴转一圈)，传感线圈就会产生58个交变电压信号输入电子控制单 元。
当转子沿顺时针方向继续旋转，凸齿离开磁头时，如图(c)所示，凸 齿与磁头间 的气隙增大，磁路磁阻增 大，磁通量减少 。所以感 应电动势E为负值，当凸齿转 到将要离开磁头边缘时，磁通量急剧减少，磁通变化率达到负向最大值。感应电动 势E也达到负向最大值，如图中曲线上d点所示 由此可见，信号转子每转过一个凸齿，传感线圈中就会产生一个周期的交变电 动势，即电动势出现一次最大值和一次最小值，传感线圈也就相应地输出一个交变 电压信号。
L(德文Luftmengen空气流量的第一个字母)型电控汽油喷射系统 即直接测量方式.(叶片式、涡流式）
1.燃油箱;2.电动燃油泵;3.燃油滤清器;4.电子控制单元ECU; 5.喷油器;６．燃油分配管(油轨)和燃油压力调节器;7.进气总管;8.冷启动喷油 器;9.节气门开关;10.叶片式空气流量传感器; 11.氧传感器;12.温度时间开关;13.冷却液温度传感器;14.分电器;15.怠速空气 阀;16.蓄电池;17.点火-启动开关