磁敏传感器_图文
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第4章磁敏传感器 (2)98页PPT文档
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03.04.2020
传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
材料：锗、硅、砷化镓、砷化铟、锑化铟
灵敏度低、温度 特性及线性度好
灵敏度最高、 受温度影响大
03.04.2020
传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
C
A B
C
A
B
H
C AB
D D
导体中电子迁移率一般大于空穴的迁移率，所以霍尔元 件多采用 N 型半导体（多电子）;
➢ 由上式可见，厚度d越小，霍尔灵敏度KH越大，所 以霍尔元件做的较薄，通常近似1微米(d≈1μm)。
03.04.2020
传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
注：
1、当电流I的方向或磁场的方向改变时，输出电 势的方向也将改变；但当两者的方向同时改变时 输出电势不改变方向。
2、如果磁场和薄片法线有θ角，那么 ：
VH＝ KH I B cosθ
03.04.2020
传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
电流极 三、霍尔元件的结构
霍尔电极
D
A
B
s
5.4
2.7
C
0.2 0.3 0.5 （a）
2.1
w
A
l
R4
（b）
d
D R1 R2
B
R4 R3 C
（c）
(a)实际结构(mm)；(b)简化结构；(c)等效电路
D
霍尔器件符号
➢霍尔晶体的外形为矩形薄片有四根引线。
➢电流端子A、B称为器件电流端、控制电流端。
➢端子C、D称为霍尔端或输出端。
➢实测中可把I*B作输入，也可把I或B单独做输入； 通过霍尔电势输出测量结果。
传感器原理及应用 第5章 磁敏传感器
5.2.4 霍尔元件基本特性
❖ 额定激励电流和最大允许激励电流
额定控制电流：当霍尔元件有控制电流使其本身在 空气中产生10℃温升时，对应的控制电流值。
最大允许控制电流：以元件允许的最大温升限制所对 应 的控制电流值。
❖ 输入电阻Ri和输出电阻Ro
Ri——控制电极之间的电阻值； Ro——霍尔电极之间的电阻。
5.2.4 霍尔元件基本特性
❖ 不等位电势UO和不等位电阻rO
在额定控制电流I之下，不加磁场时，霍尔电极间的空载
霍尔电势称为不平衡电势UO。不平衡电势和额定控制
电流I之比为不平衡电阻ro。
5.2.4 霍尔元件基本特性
❖ 寄生直流电势 霍尔元件零位误差的一部分
当没有外加磁场，霍尔元件用交流控制电流时，霍 尔电极的输出有一个直流电势。 原因：1. 控制电极和霍尔电极与基片的连接是非完全欧姆 接触时，会产生整流效应。
3、霍尔电势的输出电路 霍尔器件是一种四端器件，本身不带放大器。霍尔电
势一般在毫伏量级，实际使用时必须加差分放大器， 霍尔元件可分为线性测量和开关状态两种使用方式。
当霍尔元件作线性测量时，最好选用灵敏度较低、不等位电 势小、稳定性和线性区优良的霍尔元件。
可见，UH与电压V成正比，与元件几何宽长比B/l成 正比。这与几何因子的变化趋势相反。
5.2.5 霍尔元件基本特性
❖ 霍尔输出与磁场(恒定或交变)之间的关系 (即UH—B特性)
当B<0.5T(即5000Gs) 时，呈现较好的线性
图 5-7 霍尔元件的开路输出与磁感应强度关系曲线
5.2.5 霍尔元件基本特性
2. 两个霍尔电极焊点的不一致，引起两电极温度不 同产生温差电势。
❖ 霍尔电势温度系数α
磁敏式传感器.课件
06
磁敏式传感器的发展趋势与展望
新材料的应用
高磁导率材料
01
利用具有高磁导率的材料，提高磁敏式传感器的灵敏度和响应
速度。
稀有金属材料
02
采用稀有金属材料，如稀土元素，以改良传感器的性能和稳定
性。
复合材料
03
通过将不同材料的优点结合，开发出具有优异性能的复合磁敏
材料。
新工艺的研发
薄膜工艺
利用薄膜工艺制备超薄、高灵敏度的磁敏元件， 提高传感器的精度和稳定性。
磁通元件
利用磁通效应，将磁场变化转化为 电压变化，从而检测磁场强度。
信号处理电路
01
02
03
放大器
将磁敏元件输出的微弱信 号进行放大，提高信号的 信噪比。
滤波器
对信号进行滤波处理，去 除噪声干扰，提高信号的 稳定性。
调制解调器
将磁敏元件输出的模拟信 号转换为数字信号，便于 后续处理。
输出装置
显示器
位置检测
位置检测概述
位置检测是控制系统中不可或缺的一环，磁 敏式传感器可用于位置检测。
位置检测原理
磁敏式传感器通过检测磁场的变化，判断物 体的位置和运动轨迹。
位置检测应用
在机器人、自动化生产线、医疗器械等领域 ，位置检测的应用越来越广泛。
位置检测优缺点
磁敏式传感器具有非接触、精度高等优点， 但也存在对环境磁场干扰敏锐等缺点。
具有较高的灵敏度。
线性输出
磁敏式传感器的输出信号与磁 场强度成线性关系，使得测量 结果更为准确可靠。
稳定性好
经过特殊工艺处理，磁敏式传 感器具有较好的温度特性和长 期稳定性。
抗干扰能力强
由于磁场不易受到电场、温度 等因素的干扰，因此磁敏式传 感器在复杂环境下仍能保持较
第4章 磁敏传感器-PPT课件
0
得
RL
Ro0
1
2019/7/5
传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
3、采用恒压源和输入回路串联电阻 4、采用温度补偿元件(如热敏电阻、电阻丝等)
2019/7/5
传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
2019/7/5
传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
霍尔元件不等位电势 U 0的温度补偿
B=0 欧姆表
2019/7/5
传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
（4）基本特性
UH＝ KH I B
直线性：指霍尔器件的输出电势UH分别和基本参数
I、U、B之间呈线性关系。
灵敏度KH：
乘积灵敏度：
霍尔元件的输出电压要由磁感应强度B和控制电流
I的乘积来确定,表示霍尔电势UH与两者乘积之间的比
值，通常以mV/(mA·0.1T)。
简单、测量精度差、 受外界干扰大
IC VH
I
B
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传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
（2）导线贯穿磁芯法
导磁铁芯
环形铁芯集中磁力线， 提高电流测量精度
（3）绕线法
I
通电导线
• 该电场产生的电场力fE 阻止电子继续偏转。
当fEfl 时，电荷积累 平达 衡到 。
fl e(vB) fEeE
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传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
fle(vB )fEeE
EvBU bHEvBUHbvB
Inebd
U HB bn Ie B dR HId BK H IBRH
2019/7/5
传感器原理及应用
传感器课件刘笃仁版第4章 磁敏传感器 .ppt
第4章
4.1.2 磁阻效应
I
将一载流导体置
于外磁场中，除了产
生霍尔效应外，其电
B
阻也会随磁场而变化。
这种现象称为磁致电
阻效应，简称为磁阻
效应。
b
I
B l
2020/10/23
第4章第7页共157页
第4章
在磁场中，电流的流动路径会因磁场的作用而加长，使
得材料的电阻率增加。若某种金属或半导体材料的两种载流
按其结构可分为体型和结型两大类。 体型的有霍尔传感器，其主要材料InSb(锑化铟)、InAs （砷化铟）、Ge（锗）、Si、GaAs等和磁敏电阻InSb、InAs。 结型的有磁敏二极管Ge、Si,磁敏晶体管Si
应用范围可分为模拟用途和数字用途。
2020/10/23
第4章第3页共157页
第4章
4.1.1 有一如图4.1所示的半导体薄片，若在它的两端通以
UHKHIB cos
2020/10/23
第4章第15页共157页
第4章
4.2.2 霍尔元件的结构很简单，它由霍尔片、引线和壳体组
成。霍尔片是一块矩形半导体薄片，一般采用N型的锗、 锑化铟和砷化铟等半导体单晶材料制成，见图4.2。在长边 的两个端面上焊有两根控制电流端引线（见图中1，1′）， 在元件短边的中间以点的形式焊有两根霍尔电压输出端引 线（见图中2，2′）。焊接处要求接触电阻小，且呈纯电 阻性质（欧姆接触）。霍尔片一般用非磁性金属、陶瓷或
磁敏传感器主要是利用霍尔效应及磁阻效应原理构成的。 构成磁敏传感器的敏感元件有霍尔元件、磁阻元件、磁敏晶 体管、磁敏集成电路。
2020/10/23
第4章第2页共157页
第4章
4.1 磁敏传感器的物理基础——霍尔、磁阻、 形状效应
磁敏传感器概要课件
详细描述
当电流通过一个导体时，如果有一个外部磁场作用在导体上，那么导体的电阻值 会产生变化。利用这个电阻值的变化可以测量外部磁场的大小和方向。磁阻传感 器具有较高的灵敏度和响应速度。
磁致伸缩效应
总结词
磁致伸缩效应是磁敏传感器另一种重要的技术原理，它利用磁场改变材料的长度和体积，从而检测磁场强度和方 向。
以满足不同应用场景的需求。
通过技术创新和规模化生产，实 现成本与性能的最佳平衡，是磁
敏传感器发展的关键。
标准化与互操作性
为了提高磁敏传感器的市场竞争 力，需要制定统一的标准和规范 ，促进产品的互换性和互操作性
。
标准化有助于提高产品质量、降 低生产成本、促进产业升级和技
术创新。
建立磁敏传感器的标准体系，推 动产业协同发展，是未来发展的
随着物联网技术的发展，磁敏 传感器在智能家居、智慧城市 等领域的应用前景广阔。
磁敏传感器在新能源领域的应 用，如风力发电、太阳能逆变 器等，具有巨大的市场潜力。
成本与性能的平衡
降低磁敏传感器的成本是市场推 广的关键，需要优化生产工艺和
降低材料成本。
在追求低成本的同时，需要保证 传感器的性能稳定性和可靠性，
PART 04
磁敏传感器的发展趋势与 挑战
பைடு நூலகம்
技术创新与突破
磁敏传感器技术不断进步，新型材料和工艺的应用提高了传感器的灵敏度和可靠性 。
集成化与微型化成为磁敏传感器的发展趋势，有助于降低成本、减小体积和重量。
磁敏传感器与其他传感器的集成，实现多参数测量，提高了测量精度和可靠性。
应用领域的拓展
磁敏传感器在智能制造、机器 人、航空航天、医疗等领域的 应用逐渐增多。
详细描述
当电流通过一个导体时，如果有一个外部磁场作用在导体上，那么导体的电阻值 会产生变化。利用这个电阻值的变化可以测量外部磁场的大小和方向。磁阻传感 器具有较高的灵敏度和响应速度。
磁致伸缩效应
总结词
磁致伸缩效应是磁敏传感器另一种重要的技术原理，它利用磁场改变材料的长度和体积，从而检测磁场强度和方 向。
以满足不同应用场景的需求。
通过技术创新和规模化生产，实 现成本与性能的最佳平衡，是磁
敏传感器发展的关键。
标准化与互操作性
为了提高磁敏传感器的市场竞争 力，需要制定统一的标准和规范 ，促进产品的互换性和互操作性
。
标准化有助于提高产品质量、降 低生产成本、促进产业升级和技
术创新。
建立磁敏传感器的标准体系，推 动产业协同发展，是未来发展的
随着物联网技术的发展，磁敏 传感器在智能家居、智慧城市 等领域的应用前景广阔。
磁敏传感器在新能源领域的应 用，如风力发电、太阳能逆变 器等，具有巨大的市场潜力。
成本与性能的平衡
降低磁敏传感器的成本是市场推 广的关键，需要优化生产工艺和
降低材料成本。
在追求低成本的同时，需要保证 传感器的性能稳定性和可靠性，
PART 04
磁敏传感器的发展趋势与 挑战
பைடு நூலகம்
技术创新与突破
磁敏传感器技术不断进步，新型材料和工艺的应用提高了传感器的灵敏度和可靠性 。
集成化与微型化成为磁敏传感器的发展趋势，有助于降低成本、减小体积和重量。
磁敏传感器与其他传感器的集成，实现多参数测量，提高了测量精度和可靠性。
应用领域的拓展
磁敏传感器在智能制造、机器 人、航空航天、医疗等领域的 应用逐渐增多。
详细描述
传感器章磁敏传感器优秀课件
栅格磁阻器件既增加了零磁场
I
电阻值、又提高了磁阻器件的
灵敏度。
B
磁敏电阻的灵敏度一般是非线性的，且受
温度影响较大；因此，使用磁敏电阻时．必须 首先了解如下图所示的持性曲线。然后，确定 温度补偿方案。
磁阻元件的电阻值与磁场的 极性无关，它只随磁场强度 的增加而增加
磁阻元件的温度特性 不好，在应用时，一 般都要设计温度补偿 电路。
两组电桥的输出电压相位相差90度
两组电桥制作成相差45度分布，输出 信号相差90度
可判别角度方向
转速传感器 传感器与调理电路
安装
工作原理 输出方波—— 频率信号
各向异性磁阻传感器(AMR)
原理： *Anisotropic Magnetoresistive Effect——各向异性磁
芯片内的惠斯通电桥
各向异性磁阻传感器 HMC1002
HoneyWell公司的HMC1002 特性： *响应时间短（可以测高频交变磁场） *测量精度高 （达10^(-8)T) *有两个敏感轴，可确定平面内大小方
向 芯片体积小，定位较准确
芯片管脚排布
HMC1052磁阻传感器由两个AMR 传感 器(各向异性磁阻传感器) 整合在一起,可 以把任何水平方向的磁场分解为X , Y 两 个方向的矢量。
阻效应
各向异性磁阻传感器是将铁镍合金薄膜沉积在硅基底上 构成的，沉积的时候薄膜以条带的形式排布，形成 一个平面的线阵以增加磁阻的感知磁场的面积。
当外部磁场加到这样的铁磁性薄膜上的时候，磁畴旋转， 改变空间取向，这样使得薄膜条带构成的线阵的表 观电阻发生改变。具体的说，电桥的相对的两个臂 上的电阻增大，而另外两只相对的臂上的电阻减小， 就反应在电桥电压输出的改变上。
磁敏传感器PPT课件
通常采用预极化方法或辅助磁场方法来建立质子宏观 磁矩，以增强信号幅度。
具体作法是:用圆柱形玻璃容器装满水样品或含氢质子液 体，作为灵敏元件，在容器周围绕上极化线圈和测量线 圈或共用一个线圈，使线圈轴向垂直于外磁场T方向。
在垂直于外磁场方向加一极化场H（该场强约为外磁场 的200倍）。在极化场作用下，容器内水中质子磁矩沿 极化场方向排列，形成宏观磁矩，如下图所示。
磁敏传感器的种类
▪质子旋进式磁敏传感器 ▪光泵式磁敏传感器 ▪SQUID（超导量子干涉器）磁敏传感器 ▪磁通门式磁敏传感器 ▪感应式磁敏传感器 ▪半导体磁敏传感器
霍尔器件、磁敏二极管、磁敏三极管、磁敏电阻
▪机械式磁敏传感器 ▪光纤式磁敏传感器
第一节 质子旋进式磁敏传感器
质子旋进式磁敏传感器是利用质子在外磁场 中的旋进现象，根据磁共振原理研制成功的。
二、磁场的测量与旋进信号
在核磁共振中，共振信号的幅度与被测磁场T3/2成正比。
当被测磁场很弱时，信号幅度大大衰减。对微弱的被测 磁场，用一般的核磁共振检测方法是接收不到旋进信号 的。为了测得质子磁矩M绕外磁场的旋进频率 f 信号， 必须采取特殊方法： 使沿外磁场方向排列的质子磁矩,在极化场的激励下,建立 质子宏观磁矩,并使其方向于外磁场方向垂直或接近垂直
在自由旋进的过程中，磁矩M的横向分量以t2（横向弛 豫时间）为时间常数并随时间逐渐趋近于零；在测量 线圈中所接收的感应信号，也是以t2为时间常数按指数 规律衰减的。
y
υ
感应信号衰减示意图
M衰减示意图
t2
M
x
t ω=γ T
质子旋进式磁敏传感器的组成
核心：500cc左右有机玻璃容器,在容器外面绕以数百匝
dM y dt
具体作法是:用圆柱形玻璃容器装满水样品或含氢质子液 体，作为灵敏元件，在容器周围绕上极化线圈和测量线 圈或共用一个线圈，使线圈轴向垂直于外磁场T方向。
在垂直于外磁场方向加一极化场H（该场强约为外磁场 的200倍）。在极化场作用下，容器内水中质子磁矩沿 极化场方向排列，形成宏观磁矩，如下图所示。
磁敏传感器的种类
▪质子旋进式磁敏传感器 ▪光泵式磁敏传感器 ▪SQUID（超导量子干涉器）磁敏传感器 ▪磁通门式磁敏传感器 ▪感应式磁敏传感器 ▪半导体磁敏传感器
霍尔器件、磁敏二极管、磁敏三极管、磁敏电阻
▪机械式磁敏传感器 ▪光纤式磁敏传感器
第一节 质子旋进式磁敏传感器
质子旋进式磁敏传感器是利用质子在外磁场 中的旋进现象，根据磁共振原理研制成功的。
二、磁场的测量与旋进信号
在核磁共振中，共振信号的幅度与被测磁场T3/2成正比。
当被测磁场很弱时，信号幅度大大衰减。对微弱的被测 磁场，用一般的核磁共振检测方法是接收不到旋进信号 的。为了测得质子磁矩M绕外磁场的旋进频率 f 信号， 必须采取特殊方法： 使沿外磁场方向排列的质子磁矩,在极化场的激励下,建立 质子宏观磁矩,并使其方向于外磁场方向垂直或接近垂直
在自由旋进的过程中，磁矩M的横向分量以t2（横向弛 豫时间）为时间常数并随时间逐渐趋近于零；在测量 线圈中所接收的感应信号，也是以t2为时间常数按指数 规律衰减的。
y
υ
感应信号衰减示意图
M衰减示意图
t2
M
x
t ω=γ T
质子旋进式磁敏传感器的组成
核心：500cc左右有机玻璃容器,在容器外面绕以数百匝
dM y dt
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磁敏传感器_图文.pptx
第五章 磁敏传感器及应用技术
教学目的：
1、了解磁敏传感器的作用、分类和使用方 法； 2、熟悉常用磁敏传感器的特点及应用范围； 4、掌握常用磁敏传感器的工作原理及使用 方法； 5、学会正确选用磁敏传感器的方法。
第五章 磁敏传感器及应用技术
教学重点：
1、磁敏传感器特点与选用； 2、磁敏传感器原理及接口电路设计方法。
教学难点：
1、磁敏传感器工作原理； 2、磁敏传感器应用电路分析与设计方法。
教学方法：
1、引导文教学法 2、引探教学法 3、头脑风暴法
第五章 磁敏传感器及应用技术
问题思考：
1、磁敏传感器的作用是什么？ 2、常用的磁敏传感器有哪些种？各自的原
理是什么? 3、何为磁阻效应？何为霍尔效应? 4、磁敏传感器的原理是什么？其应用场合
（2）开关型霍尔传感器 开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、 差分放大器，斯密特触发器和输出级组 成，它输出数字量
图中，Bnp为工作点“开”的磁感应强度，BRP为释放点 “关”的磁感应强度。当外加的磁感应强度超过动作点 Bnp时，传感器输出低电平，当磁感应强度降到动作点 Bnp以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点 BRP时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bnp与BRP之间 的滞后使开关动作更为可靠。
第二节 磁敏传感器工作原理
二、霍尔传感器
（4）霍尔传感器的恒压驱动
第二节 磁敏传感器工作原理
（5）霍尔传感器的恒流驱动
第二节 磁敏传感器工作原理
（6）霍尔传感器应用常用接口电路
第二节 磁敏传感器工作原理
（7）霍尔传感器应用集锦
第二节 磁敏传感器工作原理
二、磁敏电阻
1.磁阻效应与巨磁阻效应 磁阻效应：物质在磁场中电阻发生变化的现象。 巨磁阻效应：指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较 之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。 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。
路
第二节 磁敏传感器工作原理
三、干簧管
定义：干簧管(磁簧管、舌簧管)是一种磁敏的特殊开关。
结构与外形：两个触点由特殊材料制成，被封装在真空 的玻璃管里。
工作原理：用磁铁接近它， 干簧管两个节点就会吸合 在一起，使电路导通。 典型应用：计数、限位等。
例如：轮胎上沾上磁铁与干簧管的自行车公里计 开关门的报警器、问候器 断线报警器 接近开关等
利用导体和磁场发生 相对运动导体两端产 生感应电势
磁敏传感器
磁电效应传感器
霍尔元件 磁敏电阻 磁敏二极管 磁敏三极管
第二节 磁敏传感器工作原理
一、霍尔元件
1、霍尔效应 在金属或半导体薄片两端通以 电流I，并在薄片的垂直方向上 施加磁感应强度为B的磁场，那 么，在垂直于电流和磁场的方 向上将产生电势UH（称为霍尔 电动势或霍尔电压）。这种现 象称为霍尔效应。
第一节 磁敏传感器定义与分类
一、磁敏传感器概述
感知磁性物体的存在或者磁性强度的一类传感器
1831年法拉第发现的电磁感应定律 1879年霍尔发现金属中的霍尔效应 1988年，法国的费尔和德国的格林贝格尔发现的 磁阻效应，并荣获了2007年诺贝尔物理学奖 我国磁敏传感器的研究与应用仅有30多年的历史
磁敏传感器应用：
第二节 磁敏传感器工作原理
一、霍尔元件
2、霍尔元件 （1）霍尔元件结构与电路符号
（2）霍尔元件特性 ① 线性特性 霍尔元件的输出电动势 分别于I、B成线性关系 ② 开关特性 霍尔元件输出电势在一定区域内随B增加迅速增加的特性
第二节 磁敏传感器工作原理
二、霍尔传感器
1、霍尔传感器
将霍尔元件、放大器、调理电路等集成在一个芯片上。
第三节 磁敏传感器应用分析与训练
一、霍尔电机测速电路设计与调试
4、实训电路
第三节 磁敏传感器应用分析与训练
一、霍尔电机测速电路设计与调试
4、实训电路
第三节 磁敏传感器应用分析与训练
一、霍尔电机测速电路设计与调试
4、实训电路
第三节 磁敏传感器应用分析与训练
一、霍尔电机测速电路设计与调试
5、实训步骤 1.将磁敏传感器应用模块的电机模块接口（J8）与直流 电机测速模块的cone10接口用16P彩排线接到，把“磁敏传 感器应用模块”上的SP1接用跳线接到底板上的数字转速表 /频率计单元的IN端口上并设置为转速表模式。 2.检查各相关线路，接通实训平台电源，用数字万用表测 量磁敏传感器应用模块的供电电压（+5V）是否正常。 3. 把拨动开关SW1拨到右侧（模拟控制），利用调速旋钮 RP1控制直流电机转速，观察转速表数据，记录在表中。 4.使用示波器观察TP7（SP2）处霍尔传感器的输出波形。 5．把SW1拨到左侧（PWM控制），用20P排线将传感器J1接 口与智能显示终端J2接口相连接，开启电源，通过按键K1与 K2调节电机转速，观察智能显示终端显示的转速并记录。
第三节 磁敏传感器应用分析与训练
一、霍尔电机测速电路设计与调试
1、实训目的 （1）熟悉霍尔传感器的工作原理； （2）掌握霍尔测速系统原理及调试方法；
2、实训设备与器件 传感器综合应用创新实训平台、磁敏传感器应用模块、 测试用磁钢、直流电机测速模块、数字式万用表等。 3、实训原理 霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。利用 霍尔传感器测量电机转速时，可在电机主轴上相连的码盘 上安装一个磁钢，当电机旋转时，磁钢经过霍尔传感器， 其可以直接输出脉冲信号，送数字转速表/频率计单元中进 行显示，也可计算单位时间内的脉冲数，再换算出转速。
霍尔感器
线性型霍尔传感器
开关型霍尔传感器
（1）线性型霍尔传感器
线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放
大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。
输出电压与外加磁场强度呈线性关系， 在B1~B2的磁感应强度范围内有较好的 线性度，磁感应强度超出此范围时则 呈现饱和状态。
第二节 磁敏传感器工作原理
二、霍尔传感器
有哪些? 5、举出5种以上磁敏传感器的应用场景。
第五章 磁敏传感器及应用技术
第一节 第二节
第三节
磁敏传感器定义与分类 — 磁敏传感器概述 — 磁敏传感器定义与分类 磁敏传感器工作原理 — 霍尔元件 — 磁阻传感器 — 干簧管 — 磁敏二极管、晶体管 磁敏传感器应用分析与训练 — 霍尔电机测速电路设计与调试 — 自动供水系统电路设计与调试
异向性磁敏电阻AMR
Anisotropic MagnetoResistance
磁阻传感器
巨磁电阻GMR
GiantMagnetoresistance
第二节 磁敏传感器工作原理
二、磁敏电阻
3.磁敏电阻结构与特性
第二节 磁敏传感器工作原理
二、磁敏电阻
4.磁敏电阻应用分析
位
硬
移
盘
检
磁
测
头
电
三
桥
极
电
管
路
电
控制中心服 务器
传输设备
传递路口信息 及图像
路口工控机
控制抓拍 及存取图像
数码相机
传感器模块1
红灯信号
传感器模块n
路口信号机
第一节 磁敏传感器定义与分类
二、磁敏传感器定义
对磁场参量（磁感应强度、磁通）敏感，通过磁电
作用将被测量（如振动、位移、转速等）转换为电
信号的器件或装置
三、磁敏传感器分类
磁电感应式传感器 （基于电磁感应原理）
第二节 磁敏传感器工作原理
一、霍尔元件
1、霍尔效应
霍尔效应的产生是由于运动电荷受到磁场中洛伦兹 力作用的结果。霍尔电势UH可用下式表示： UH=RHIB/d (V) 式中 RH——霍尔常数
I——控制电流， B——磁感应强度 d——霍尔元件的厚度 令 KH=RH/d，则得到 UH=KHIB 可见，霍尔电势的大小正比于控制电流I和磁感应强 度B。KH称为霍尔元件的灵敏度，它与元件材料的性 质与几何尺寸有关。
—以磁场为媒介的物理量，例如：位移、振动、力、 转速、加速度、流量、电流、电功率等 应用领域：自动抄表、家用电器、磁场测量、车辆检测、
金属探测、转速测量、航海、机器人┅ 主要特点：非接触测量
第一节 磁敏传感器定义与分类
磁敏传感器应用
第一节 磁敏传感器定义与分类
市科技创新项目应用案例：新型道路车辆测量系统 功能：闯红灯、速度检测、车流量检测、车型检测
第二节 磁敏传感器工作原理
二、霍尔传感器
（3）锁键型霍尔传感器 锁键型是开关型霍尔传感器的一种特殊 形式，它输出数字量
当磁感应强度超过动作点Bnp时，传感 器输出由高电平跃变为低电平，而在外 磁场撤消后，其输出状态保持不变（即 锁存状态），必须施加反向磁感应强度 达到BRP时，才能使电平产生变化。
第五章 磁敏传感器及应用技术
教学目的：
1、了解磁敏传感器的作用、分类和使用方 法； 2、熟悉常用磁敏传感器的特点及应用范围； 4、掌握常用磁敏传感器的工作原理及使用 方法； 5、学会正确选用磁敏传感器的方法。
第五章 磁敏传感器及应用技术
教学重点：
1、磁敏传感器特点与选用； 2、磁敏传感器原理及接口电路设计方法。
教学难点：
1、磁敏传感器工作原理； 2、磁敏传感器应用电路分析与设计方法。
教学方法：
1、引导文教学法 2、引探教学法 3、头脑风暴法
第五章 磁敏传感器及应用技术
问题思考：
1、磁敏传感器的作用是什么？ 2、常用的磁敏传感器有哪些种？各自的原
理是什么? 3、何为磁阻效应？何为霍尔效应? 4、磁敏传感器的原理是什么？其应用场合
（2）开关型霍尔传感器 开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、 差分放大器，斯密特触发器和输出级组 成，它输出数字量
图中，Bnp为工作点“开”的磁感应强度，BRP为释放点 “关”的磁感应强度。当外加的磁感应强度超过动作点 Bnp时，传感器输出低电平，当磁感应强度降到动作点 Bnp以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点 BRP时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bnp与BRP之间 的滞后使开关动作更为可靠。
第二节 磁敏传感器工作原理
二、霍尔传感器
（4）霍尔传感器的恒压驱动
第二节 磁敏传感器工作原理
（5）霍尔传感器的恒流驱动
第二节 磁敏传感器工作原理
（6）霍尔传感器应用常用接口电路
第二节 磁敏传感器工作原理
（7）霍尔传感器应用集锦
第二节 磁敏传感器工作原理
二、磁敏电阻
1.磁阻效应与巨磁阻效应 磁阻效应：物质在磁场中电阻发生变化的现象。 巨磁阻效应：指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较 之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。 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。
路
第二节 磁敏传感器工作原理
三、干簧管
定义：干簧管(磁簧管、舌簧管)是一种磁敏的特殊开关。
结构与外形：两个触点由特殊材料制成，被封装在真空 的玻璃管里。
工作原理：用磁铁接近它， 干簧管两个节点就会吸合 在一起，使电路导通。 典型应用：计数、限位等。
例如：轮胎上沾上磁铁与干簧管的自行车公里计 开关门的报警器、问候器 断线报警器 接近开关等
利用导体和磁场发生 相对运动导体两端产 生感应电势
磁敏传感器
磁电效应传感器
霍尔元件 磁敏电阻 磁敏二极管 磁敏三极管
第二节 磁敏传感器工作原理
一、霍尔元件
1、霍尔效应 在金属或半导体薄片两端通以 电流I，并在薄片的垂直方向上 施加磁感应强度为B的磁场，那 么，在垂直于电流和磁场的方 向上将产生电势UH（称为霍尔 电动势或霍尔电压）。这种现 象称为霍尔效应。
第一节 磁敏传感器定义与分类
一、磁敏传感器概述
感知磁性物体的存在或者磁性强度的一类传感器
1831年法拉第发现的电磁感应定律 1879年霍尔发现金属中的霍尔效应 1988年，法国的费尔和德国的格林贝格尔发现的 磁阻效应，并荣获了2007年诺贝尔物理学奖 我国磁敏传感器的研究与应用仅有30多年的历史
磁敏传感器应用：
第二节 磁敏传感器工作原理
一、霍尔元件
2、霍尔元件 （1）霍尔元件结构与电路符号
（2）霍尔元件特性 ① 线性特性 霍尔元件的输出电动势 分别于I、B成线性关系 ② 开关特性 霍尔元件输出电势在一定区域内随B增加迅速增加的特性
第二节 磁敏传感器工作原理
二、霍尔传感器
1、霍尔传感器
将霍尔元件、放大器、调理电路等集成在一个芯片上。
第三节 磁敏传感器应用分析与训练
一、霍尔电机测速电路设计与调试
4、实训电路
第三节 磁敏传感器应用分析与训练
一、霍尔电机测速电路设计与调试
4、实训电路
第三节 磁敏传感器应用分析与训练
一、霍尔电机测速电路设计与调试
4、实训电路
第三节 磁敏传感器应用分析与训练
一、霍尔电机测速电路设计与调试
5、实训步骤 1.将磁敏传感器应用模块的电机模块接口（J8）与直流 电机测速模块的cone10接口用16P彩排线接到，把“磁敏传 感器应用模块”上的SP1接用跳线接到底板上的数字转速表 /频率计单元的IN端口上并设置为转速表模式。 2.检查各相关线路，接通实训平台电源，用数字万用表测 量磁敏传感器应用模块的供电电压（+5V）是否正常。 3. 把拨动开关SW1拨到右侧（模拟控制），利用调速旋钮 RP1控制直流电机转速，观察转速表数据，记录在表中。 4.使用示波器观察TP7（SP2）处霍尔传感器的输出波形。 5．把SW1拨到左侧（PWM控制），用20P排线将传感器J1接 口与智能显示终端J2接口相连接，开启电源，通过按键K1与 K2调节电机转速，观察智能显示终端显示的转速并记录。
第三节 磁敏传感器应用分析与训练
一、霍尔电机测速电路设计与调试
1、实训目的 （1）熟悉霍尔传感器的工作原理； （2）掌握霍尔测速系统原理及调试方法；
2、实训设备与器件 传感器综合应用创新实训平台、磁敏传感器应用模块、 测试用磁钢、直流电机测速模块、数字式万用表等。 3、实训原理 霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。利用 霍尔传感器测量电机转速时，可在电机主轴上相连的码盘 上安装一个磁钢，当电机旋转时，磁钢经过霍尔传感器， 其可以直接输出脉冲信号，送数字转速表/频率计单元中进 行显示，也可计算单位时间内的脉冲数，再换算出转速。
霍尔感器
线性型霍尔传感器
开关型霍尔传感器
（1）线性型霍尔传感器
线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放
大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。
输出电压与外加磁场强度呈线性关系， 在B1~B2的磁感应强度范围内有较好的 线性度，磁感应强度超出此范围时则 呈现饱和状态。
第二节 磁敏传感器工作原理
二、霍尔传感器
有哪些? 5、举出5种以上磁敏传感器的应用场景。
第五章 磁敏传感器及应用技术
第一节 第二节
第三节
磁敏传感器定义与分类 — 磁敏传感器概述 — 磁敏传感器定义与分类 磁敏传感器工作原理 — 霍尔元件 — 磁阻传感器 — 干簧管 — 磁敏二极管、晶体管 磁敏传感器应用分析与训练 — 霍尔电机测速电路设计与调试 — 自动供水系统电路设计与调试
异向性磁敏电阻AMR
Anisotropic MagnetoResistance
磁阻传感器
巨磁电阻GMR
GiantMagnetoresistance
第二节 磁敏传感器工作原理
二、磁敏电阻
3.磁敏电阻结构与特性
第二节 磁敏传感器工作原理
二、磁敏电阻
4.磁敏电阻应用分析
位
硬
移
盘
检
磁
测
头
电
三
桥
极
电
管
路
电
控制中心服 务器
传输设备
传递路口信息 及图像
路口工控机
控制抓拍 及存取图像
数码相机
传感器模块1
红灯信号
传感器模块n
路口信号机
第一节 磁敏传感器定义与分类
二、磁敏传感器定义
对磁场参量（磁感应强度、磁通）敏感，通过磁电
作用将被测量（如振动、位移、转速等）转换为电
信号的器件或装置
三、磁敏传感器分类
磁电感应式传感器 （基于电磁感应原理）
第二节 磁敏传感器工作原理
一、霍尔元件
1、霍尔效应
霍尔效应的产生是由于运动电荷受到磁场中洛伦兹 力作用的结果。霍尔电势UH可用下式表示： UH=RHIB/d (V) 式中 RH——霍尔常数
I——控制电流， B——磁感应强度 d——霍尔元件的厚度 令 KH=RH/d，则得到 UH=KHIB 可见，霍尔电势的大小正比于控制电流I和磁感应强 度B。KH称为霍尔元件的灵敏度，它与元件材料的性 质与几何尺寸有关。
—以磁场为媒介的物理量，例如：位移、振动、力、 转速、加速度、流量、电流、电功率等 应用领域：自动抄表、家用电器、磁场测量、车辆检测、
金属探测、转速测量、航海、机器人┅ 主要特点：非接触测量
第一节 磁敏传感器定义与分类
磁敏传感器应用
第一节 磁敏传感器定义与分类
市科技创新项目应用案例：新型道路车辆测量系统 功能：闯红灯、速度检测、车流量检测、车型检测
第二节 磁敏传感器工作原理
二、霍尔传感器
（3）锁键型霍尔传感器 锁键型是开关型霍尔传感器的一种特殊 形式，它输出数字量
当磁感应强度超过动作点Bnp时，传感 器输出由高电平跃变为低电平，而在外 磁场撤消后，其输出状态保持不变（即 锁存状态），必须施加反向磁感应强度 达到BRP时，才能使电平产生变化。