第5章磁电式传感器 5.1 磁电感应式传感器 2 5.2 霍尔效应及霍尔元件
第 5 章 磁电式传感器 1 5.1 磁电感应式传感器 2 5.2 霍尔效应及霍尔元件
概述 磁敏式传感器是通过磁电作用将被测量（如 振动、位移、转速等)转换成电信号的一种传 感器。磁敏式传感器种类不同，其原理也不完 全相同，因此各有各的特点和应用范围
磁敏式传感器是通过磁电作用将被测量（如 振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传 感器。磁敏式传感器种类不同，其原理也不完 全相同，因此各有各的特点和应用范围。 概述
5.1磁电感应式传感器 磁电感应式传感器也称为电动式传感器或 感应式传感器。 磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对 运动产生电动式的，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（10~1000Hz),所以得到普遍的应用
磁电感应式传感器也称为电动式传感器或 感应式传感器。 ◆磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对 运动产生电动式的，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），所以得到普遍的应用。 5.1 磁电感应式传感器
5.1磁电感应式传感器 5.1.1磁电感应式传感器工作原理 ◆根据电磁感应定律，当w匝线圈在恒定磁场内运动 时，设穿过线圈的磁通为①，则线圈内的感应电势 E与磁通变化率dΦdt有如下关系： dΦ E=-w dt (6-1) ◆根据这一原理，可以设计成两种磁电传感器结构： 变磁通式和恒磁通式。 ◆图5-1是变磁通式磁电传感器，用来测量旋转物体 的角速度
5.1.1 磁电感应式传感器工作原理 ◆根据电磁感应定律，当w匝线圈在恒定磁场内运动 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： ◆根据这一原理，可以设计成两种磁电传感器结构： 变磁通式和恒磁通式。 ◆图5-1是变磁通式磁电传感器，用来测量旋转物体 的角速度。 (6 1) d E w dt 5.1 磁电感应式传感器
5.1磁电感应式传感器 图5-1（a)为开磁路变磁 通式：线圈、磁铁静止 不动，测量齿轮安装在被 测旋转体上，随之一起转 动。每转动一个齿，齿的 图5-1（a) 凹凸引起磁路磁阻变化一 次，磁通也就变化一次，线圈中产生感应电势， 其变化频率等于被测转速与测量齿轮齿数的乘积。 这种传感器结构简单，但输出信号较小，且因高 速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速
图5-1（a）为开磁路变磁 通式：线圈、磁铁静止 不动，测量齿轮安装在被 测旋转体上，随之一起转 动。每转动一个齿，齿的 图5-1（a） 凹凸引起磁路磁阻变化一 次，磁通也就变化一次，线圈中产生感应电势， 其变化频率等于被测转速与测量齿轮齿数的乘积。 这种传感器结构简单，但输出信号较小，且因高 速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速。 5.1 磁电感应式传感器
5.1磁电感应式传感器 图5-1(b)为闭磁路变磁 通式，它由装在转轴上的 内齿轮和外齿轮、永久磁 铁和感应线圈组成，内外 (b)闭磁路 齿轮齿数相同。当转轴连 1,永久磁铁：2、软猫铁：3、感应线园：4.测量齿轮：5、内齿轮：6、外齿轮：7、转轴+ 图5-1(b) 接到被测转轴上时，外齿 轮不动，内齿轮随被测轴而转动，内、外齿轮的相对转 动使气隙磁阻产生周期性变化，从而引起磁路中磁通的 变化，使线圈内产生周期性变化的感生电动势。感应电 势的频率与被测转速成正比
图5-1（b）为闭磁路变磁 通式，它由装在转轴上的 内齿轮和外齿轮、永久磁 铁和感应线圈组成，内外 齿轮齿数相同。当转轴连 图5-1（b） 接到被测转轴上时，外齿 轮不动，内齿轮随被测轴而转动，内、外齿轮的相对转 动使气隙磁阻产生周期性变化，从而引起磁路中磁通的 变化，使线圈内产生周期性变化的感生电动势。感应电 势的频率与被测转速成正比。 5.1 磁电感应式传感器
5.1.1磁电感应式传感器 ◆图5-2恒磁通式磁电传感器结构原理图 极掌 线圈 壳体 磁轭 线圈 补偿线圈 永久磁铁 弹簧 水久磁铁 (a)动厨式 (b)动铁式 图5-2恒磁通式磁电传感器结构原理图
◆图5-2 恒磁通式磁电传感器结构原理图 图5-2 恒磁通式磁电传感器结构原理图 5.1.1 磁电感应式传感器
5.1.1磁电感应式传感器 磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气 隙固定不变，因而气隙中磁通也是恒定不变的。 其运动部件可以是线圈（动圈式)，也可以是磁 铁（动铁式)，动圈式（如图5-2（(a))和动铁 式（如图5-2(b))的工作原理是完全相同的。 当壳体随被测振动体一起振动时，由于弹簧较软， 运动部件质量相对较大。当振动频率足够高（远 大于传感器固有频率)时，运动部件惯性很大， 来不及随振动体一起振动，近乎静止不动
◆磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气 隙固定不变，因而气隙中磁通也是恒定不变的。 其运动部件可以是线圈（动圈式），也可以是磁 铁（动铁式），动圈式（如图5-2（a））和动铁 式（如图5-2（b））的工作原理是完全相同的。 当壳体随被测振动体一起振动时，由于弹簧较软， 运动部件质量相对较大。当振动频率足够高（远 大于传感器固有频率）时，运动部件惯性很大， 来不及随振动体一起振动，近乎静止不动， 5.1.1 磁电感应式传感器
5.1磁电感应式传感器 振动能量几乎全被弹簧吸收，永久磁铁与线圈之间 的相对运动速度接近于振动体振动速度，磁铁与线 圈的相对运动切割磁力线，从而产生感应电势为： E=-WBoLv (6-2) 式中： B0—工作气隙磁感应强度； —每匝线圈平均长度； 线圈在工作气隙磁场中的匝数； 相对运动速度
振动能量几乎全被弹簧吸收，永久磁铁与线圈之间 的相对运动速度接近于振动体振动速度，磁铁与线 圈的相对运动切割磁力线，从而产生感应电势为: 式中： B0——工作气隙磁感应强度； L——每匝线圈平均长度； w——线圈在工作气隙磁场中的匝数； v——相对运动速度。 0 E wB Lv (6 2) 5.1 磁电感应式传感器
5.1磁电感应式传感器 5.1.2磁电感应式传感器基本特性 ◆当测量电路接入磁电传感器电路中，磁电传感器的 输出电流I为： E BLWv 12 R+R,R+R (5-3) 式中： —测量电路输入电阻； R—线圈等效电阻。 ◆传感器的电流灵敏度为：S,==。 Lw (5-4) +R
5.1.2 磁电感应式传感器基本特性 ◆当测量电路接入磁电传感器电路中，磁电传感器的 输出电流I为: （5-3） 式中： Rf——测量电路输入电阻； R—— 线圈等效电阻。 ◆传感器的电流灵敏度为: 0 0 f f E B Lwv I R R R R 0 0 (5 4) I f I B Lw S v R R 5.1 磁电感应式传感器