第四章常用传感器和敏感元件 广东工业大学机电工程学院 4.9其他传感器和敏感元件 4.9.1霍尔元件 1.工作原理 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，电子 因为洛仑兹力而发生偏移，在垂直于电流和磁场的方向上将 产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。 VH KIB sin a V一霍尔电势 K一霍尔常数， 决定于材质、温度、元件尺寸 B一磁感应强度 一电流与磁场方向的夹角 霍尔效应原理图
广东工业大学机电工程学院 4.9 其他传感器和敏感元件 4.9.1霍尔元件 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，电子 因为洛仑兹力而发生偏移，在垂直于电流和磁场的方向上将 产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。 sin V K IB H H 1. 工作原理 H H V K B α —霍尔电势 —霍尔常数， 决定于材质、温度、元件尺寸 —磁感应强度 —电流与磁场方向的夹角 第四章 常用传感器和敏感元件
第四章常用传感器和敏感元件 广东工业大学机电工程学院 霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图所示。 两根线为电流输入端，两根线为电压输出端. Integrated Magnetic Field Concentrators SMD Contacts V H External Field △ 1 mm 霍尔位移传感器
广东工业大学机电工程学院 霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图所示。 两根线为电流输入端,两根线为电压输出端. 第四章 常用传感器和敏感元件
第四章常用传感器和敏感元件 广东工业大学机电工程学院 2.应用 (1)保持控制电流不便，检测磁场变化，可以应用于磁场 测量、磁场中的微小位移。 (2)保持磁感应强度不变，推动控制电流变化，可以应用 于电流表、电压表。 (3) 当磁感应强度和感应电流都变，可以同时检测两者的 乘积，应用于乘法器、功率测量。 (4)位移的测量 处于中位时，对称输出为0： 当左右移动时，两个方向输 出不对称，指示方向和位移： 霍尔元件 测量范围1~2mm,惯性小、 响应快
广东工业大学机电工程学院 2. 应用 (1) 保持控制电流不便，检测磁场变化，可以应用于磁场 测量、磁场中的微小位移。 (2) 保持磁感应强度不变，推动控制电流变化，可以应用 于电流表、电压表。 (3) 当磁感应强度和感应电流都变，可以同时检测两者的 乘积，应用于乘法器、功率测量。 （4）位移的测量 处于中位时，对称输出为0； 当左右移动时，两个方向输 出不对称，指示方向和位移； 测量范围1~2mm，惯性小、 响应快。 第四章 常用传感器和敏感元件
第四章常用传感器和敏感元件 广东工业大学机电工程学院 案例：管道裂纹检测 案例：电流传感器 *材质的检测 原理 磁场强度变化检测
广东工业大学机电工程学院 案例：电流传感器 案例：管道裂纹检测 *材质的检测 原理 磁场强度变化检测 第四章 常用传感器和敏感元件
第四章常用传感器和敏感元件 广东工业大学机电工程学院 m 周 a) c) d) e 图3-63 霍尔元件工程应用实例 洋容 a)侧角位移 b)测线位移·c)测加速度 AE图 d)零件计数 e)测转速 )测压力
第四章 常用传感器和敏感元件 广东工业大学机电工程学院
第四章常用传感器和敏感元件 广东工业大学机电工程学院 4.9.2光栅式数字位移传感器 刻线区 1.光栅： (1)定义：一种在基体（金属或玻 璃)上刻制有等间距均匀分布线纹的 光学元件。 可分为直光栅和圆光栅。 a一刺线宽度 b一缝隙宽度 上W一光糰圆距 线纹密度： 每毫米长度上的刻线数、 常见的有10、50、100、200
广东工业大学机电工程学院 4.9.2 光栅式数字位移传感器 1.光栅: （1）定义：一种在基体（金属或玻 璃）上刻制有等间距均匀分布线纹的 光学元件。 可分为直光栅和圆光栅。 线纹密度： 每毫米长度上的刻线数. 常见的有10、50、100 、200 第四章 常用传感器和敏感元件
第四章常用传感器和敏感元件 广东工业大学机电工程学院 (2)分类 反射光栅：在金属镜面上刻制出全反射和漫反射 间隔相等的条纹。 透射光栅： 在玻璃表面上制出透光和不透光的黑 白相间条纹。 a.莫尔条纹式光栅 b.透射直线式光栅
广东工业大学机电工程学院 （2）分类 反射光栅: 透射光栅: 在金属镜面上刻制出全反射和漫反射 间隔相等的条纹 。 在玻璃表面上制出透光和不透光的黑 白相间条纹 。 a.莫尔条纹式光栅 b.透射直线式光栅 第四章 常用传感器和敏感元件
第四章常用传感器和敏感元件 广东工业大学机电工程学院 2.光栅位移传感器结构 主要由标尺光栅（长光栅）、指示光栅（短光 栅)、光源、光电元件、聚光镜等组成。 指示光栅 标尺光栅 聚光镜 光源 光电元件 透射光栅示意图
广东工业大学机电工程学院 2.光栅位移传感器结构 主要由标尺光栅（长光栅）、指示光栅（短光 栅）、光源、光电元件、聚光镜等组成。 第四章 常用传感器和敏感元件
第四章常用传感器和敏感元件 广东工业大学机电工程学院 标尺光栅 读数头 (内有标尺光栅，光源，光 电元件，聚光镜等)
广东工业大学机电工程学院 标尺光栅 (内有标尺光栅，光源，光 电元件，聚光镜等） 读数头 第四章 常用传感器和敏感元件
第四章常用传感器和敏感元件 广东工业大学机电工程学院 3.光栅式数字位移传感器 (1)莫尔条纹的形成 两块栅距相同（刻线和缝隙宽度相等)、平行互 相靠近且沿刻线方向保持一个很小的夹角的光栅在刻 线的垂直方向上产生相对运动时，由于遮光效应形成 的明暗相间的干涉条纹。 两光栅有一个夹角，形成莫尔条纹现象。 两光栅相对移动一个栅距，莫尔条纹移动一个条 纹宽度某一个固定点的强度发生强-弱-强的周期变化
广东工业大学机电工程学院 两块栅距相同（刻线和缝隙宽度相等）、平行互 相靠近且沿刻线方向保持一个很小的夹角 的光栅在刻 线的垂直方向上产生相对运动时，由于遮光效应形成 的明暗相间的干涉条纹。 两光栅有一个夹角，形成莫尔条纹现象。 两光栅相对移动一个栅距，莫尔条纹移动一个条 纹宽度某一个固定点的强度发生强-弱-强的周期变化。 （1）莫尔条纹的形成 3. 光栅式数字位移传感器 第四章 常用传感器和敏感元件