精密测量直流大电流的自激振荡磁通门法研究磁通门电流传感器作为直流大电流精密测量与反馈元件广泛用于新能源电 动汽车、高铁动车、智能电网、磁共振成像仪、精密直流大电流测量仪、精密直流大电流源等工业、医疗以及精密测试、测量等领域。但是,受国外核心技术垄断,目前国内大量使用的精密磁通门电流传感器几乎全部依赖进口。 近年来,自激振荡磁通门技术以其电路结构简单、灵敏度与激励频率和磁芯参数无关等诸多优点逐渐引起关注,这为我们突破国外核心技术封锁,研制具有 自主知识产权的新型精密电流传感器提供了一个契机。在上述背景下,本课题来源于国家重大科学仪器设备开发专项——“宽量限超高精密电流测量仪”(项目编号:2011YQ090004),致力于探索基于自激振荡磁通门技术实现直流大电流测量的新方案,基于新方案,研制具有自主知识产权的新型电流传感器,打破国外对精密磁通门电流传感器的垄断,提高国产仪器的自主创新能力和自我装备水平。 论文的主要研究内容如下:(1)在对现有平均电流模型进行深入研究的基础上,提出了自激振荡磁通门的占空比模型,即激磁电压占空比与被测电流之间存 在近似线性关系。分别基于磁化曲线的分段线性函数模型和反正切函数模型对其进行了证明,并通过实验进行了验证。 在此基础上,分析了平均电流模型与占空比模型的线性度和稳定度的主要影响因素及提高措施,为自激振荡磁通门作为闭环系统直流零磁通检测器实现自身线性度和稳定度的优化设计提供了重要参考。提出的占空比模型为后文建立闭环系统感应调制纹波的理论模型,从而研究磁积分器对感应调制纹波的抑制原理奠定了理论基础。 (2)针对现有闭环测量方案由于未考虑自激振荡磁通门自身线性度和稳定度、
模块七磁电式传感器练习题 一、填空题： 1、霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受作用产生的结果。 2、霍尔效应在中发现的，在高纯度中表现较为显著。 3、霍尔集成元件可分为和两大类。 4、霍尔效应是指在垂直于电流方向加上磁场，由于载流子受洛仑兹力的作用，则在平行于电流和磁场的两端平面内分别出现正负电荷的堆积，从而使这两个端面出现 的现象。 5、霍尔传感器是利用原理将被测物理量转化为电势的传感器。 6、当磁头相对于磁尺不动时，仍有感应电动势输出的是静态磁头，且输出电势的幅值由 _______所决定。 7、块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称传感器；这种传感器只能测量 物体。 8、变磁阻式传感器可分为变气隙厚度的传感器、变气隙面积的传感器。其中，的传感器是线性的，的传感器是非线性的。 9、磁电式传感器是速度传感器，若测量加速度，需配用电路。 10、磁电式传感器是速度传感器，若测量位移，需配用电路。 11、磁敏三极管的工作原理是利用磁场的强弱来控制三极管的极电流增加或减小。 12、霍尔元件采用恒流源激励是为了。 13、磁电特性是指磁敏二极管在一定的条件下，磁敏二极管两端的输出电压与的关系曲线。 14、霍尔器件在额定控制电流下，无外磁场时，两个霍尔电极之间的称为不等位电势U0。 15、磁敏二极管的温度特性是指在标准测试条件下，输出电压随温度变化的规律。 16、如前所述，霍尔电势U H正比于控制电流I和磁感应强度B。在实际应用中，总是希望获得较大得霍尔电势。增加控制电流虽然能提高霍尔电势输出，但控制电流大，元件的，从而导致元件的，甚至可能烧毁元件。
霍尔磁敏传感器原理与应用 一．引言 随着自动检测控制和信息技术的发展，对传感器的性能要求越来越高，一方面要求尽可能精确，可靠性要求高；另一方面要求价格尽可能廉价。霍尔传感器是一种理想器件。 磁敏传感器，顾名思义就是感知磁性物体的存在或者磁性强度(在有效范围内)这些磁性材料除永磁体外，还包括顺磁材料(铁、钴、镍及其它们的合金)当然也可包括感知通电(直、交)线包或导线周围的磁场。传统的磁检测中首先被采用的是电感线圈为敏感元件。特点正是无须在线圈中通电，一般仅对运动中的永磁体或电流载体起敏感作用。后来发展为用线圈组成振荡槽路的。如探雷器，金属异物探测器，测磁通的磁通计等. (磁通门，振动样品磁强计)。 霍尔传感器是依据霍尔效应制成的器件。 霍尔效应：通电的载体在受到垂直于载体平面的外磁场作用时，则载流子受到洛伦兹力的作用，并有向两边聚集的倾向,由于自由电子的聚集(一边多一边必然少)从而形成电势差，在经过特殊工艺制备的半导体材料这种效应更为显著。从而形成了霍尔元件。早期的霍尔效应的材料Insb(锑化铟)。为增强对磁场的敏感度,在材料方面半导体IIIV 元素族都有所应用。近年来，除Insb之外，有硅衬底的，也
有砷化镓的。霍尔器件由于其工作机理的原因都制成全桥路器件，其内阻大约都在150Ω~500Ω之间。对线性传感器工作电流大约在 2~10mA左右，一般采用恒流供电法。 Insb与硅衬底霍尔器件典型工作电流为10mA。而砷化镓典型工作电流为2 mA。作为低弱磁场测量，我们希望传感器自身所需的工作电流越低越好。（因为电源周围即有磁场，就不同程度引进误差。另外，目前的传感器对温度很敏感，通的电流大了，有一个自身加热问题。（温升）就造成传感器的零漂。这些方面除外附补偿电路外，在材料方面也在不断的进行改进。 霍尔传感器主要有两大类，一类为开关型器件，一类为线性霍尔器件，从结构形式（品种）及用量、产量前者大于后者。霍尔器件的响应速度大约在1us 量级。 以磁场作为媒介，利用霍尔传感器可以检测多种物理量，如位移、振动、转速、加速度、流量、电流、电功率等。它不仅可以实现非接触测量，并且采用永久磁铁产生磁场，不需附加能源。另外，霍尔传感器尺寸小、价格便宜、应用电路简单、性能可靠，因而获得极为广泛的应用。除了直接利用霍尔传感器外，还利用它开发出各种派生的传感器。 二．工作原理 1.霍尔效应 通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势的现象。
概述 磁传感器广泛用于现代工业和电子产品中以感应磁场强度来测量电流、位置、方向等物理参数。在现有技术中，有许多不同类型的传感器用于测量磁场和其他参数，例如采用霍尔（Hall）元件，各向异性磁电阻（Anisotropic Magnetoresistance, AMR）元件或巨磁电阻（Giant Magnetoresistance, GMR）元件为敏感元件的磁传感器。TMR（Tunnel MagnetoResistance）元件是近年来开始工业应用的新型磁电阻效应传感器，其利用的是磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应，比之前所发现并实际应用的AMR元件和GMR元件具有更大的电阻变化率。我们通常也用磁隧道结（Magnetic Tunnel Junction, MTJ）来代指TMR元件，MTJ元件相对于霍尔元件具有更好的温度稳定性，更高的灵敏度，更低的功耗，更好的线性度，不需要额外的聚磁环结构；相对于AMR元件具有更好的温度稳定性，更高的灵敏度，更宽的线性范围，不需要额外的set/reset线圈结构；相对于GMR元件具有更好的温度稳定性，更高的灵敏度，更低的功耗，更宽的线性范围。 定义 什么是磁传感器？就是把磁场、电流、应力应变、温度、光等外界因素引起敏感元件磁性能变化转换成电信号，以这种方式来检测相应物理量的器件。磁传感器分为三类：指南针、磁场感应器、位置传感器。指南针：地球会产生磁场，如果你能测地球表面磁场就可以做指南针。电流传感器：电流传感器也是磁场传感器。电流传感器可以用在家用电器、智能电网、电动车、风力发电等等。位置传感器：如果一个磁体和磁传感器相互之间有位置变化，这个位置变化是线性的就是线性传感器，如果转动的就是转动传感器。 大家在生活中都用到很多磁传感器，比如说指南针，电脑硬盘、家用电器等等。 发展趋势 磁传感器未来的发展趋势有以下几种特点： 1、高灵敏度。被检测信号的强度越来越弱，这就需要磁性传感器灵敏度得到极大提高。应用方面包括电流传感器、角度传感器、齿轮传感器、太空环境测量。 2、温度稳定性。更多的应用领域要求传感器的工作环境越来越严酷，这就要求磁传感器必须具有很好的温度稳定性，行业应用包括汽车电子行业。 3、抗干扰性。很多领域里传感器的使用环境没有任何评比，就要求传感器本身具有很好的抗干扰性。包括汽车电子、水表等等。 4、小型化、集成化、智能。要想做到以上需求，这就需要芯片级的集成，模块级集成，产品级集成。 5、高频特性。随着应用领域的推广，要求传感器的工作频率越来越高，应用领域包括水表、汽车电子行业、信息记录行业。 6、低功耗。很多领域要求传感器本身的功耗极低，得以延长传感器的使用寿命。应用在植入身体内磁性生物芯片，指南针等等。
磁通门磁力仪 磁通门式磁敏传感器又称为磁饱和式磁敏传感器。它是利用某些高导磁率的软磁性材料(如坡莫合金）作磁芯，以其在交直流磁场作用下的磁饱和特性及法拉第电磁感应原理研制的测磁装置。 这种磁敏传感器的最大特点是适合在零磁场附近工作的弱磁场进行测量。传感器可作成体积小，重量轻、功耗低，既可测T、Z，也可测ΔT、ΔZ，不受磁场梯度影响，测量的灵敏度可达 0．01 nT，且可和磁秤混合使用的磁测仪器。由于该磁测仪对资料解释方便，故已较普遍地应用于航空、地面、测井等方面的磁法勘探工作中，在军事上，也可用于寻找地下武器（炮弹、地雷等）和反潜。还可用于预报天然地震及空间磁测等。 4.1磁通门式磁敏传感器的物理基础 （一）磁滞回线和磁饱和现象 铁磁性材料的静态磁滞回线，如图1．35所示。在图中当磁化过程由完全退磁状态开始，若磁化磁场等于零，则对应的磁感应强度也为零。随着磁化磁场H的增大，磁感应强度B亦增大，扭曲线OA段所示。但当H增加到某一值Hs之后，B就几乎不随H的增加而增强，通常将这种现象称作磁饱和现象。开始饱和点所对应的Bs、H。，分别称作饱和磁感应强度和饱和磁场强度。 图1.35 静态磁滞回线示意图 当H增加到Hs后，如使H逐渐减小下来，磁感应强度也就随之减小下来。但实践证明，一般这种减小都不是按照AO所示的规律减小，而是按照AB所示的轨迹进行，并且当磁场H 减小到零时，磁感应强度B并不等于零，也就是说磁感应强度的变化滞后于磁场H的变化，这种现象称为磁滞现象。 当H由H S减小到零时，B所保留的值Br被称作最大剩磁，之所以叫最大剩磁是由于H 从小于Hs的不同值减小到零，其所对应的剩磁也是不同的，但以H从Hs减小到零时所对应的剩磁Br最大。 欲使剩磁去掉，就需加一个与原磁化磁场相反的磁场，如OC段所示。线段OC即表示使磁感应强度B恢复到零时所需要的反向磁场强度，这一场强通常称为矫顽力，并用Hc表示。 最大剩磁Br饱和磁感应强度Bs饱和磁场强度Hs及矫顽力Hc是磁性材料的四个重要
磁敏传感器总结 磁敏传感器是利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成的传感器件。磁敏传感器一般被用来检测磁场的存在、变化、方向以及磁场强弱，以及可引起的磁场变化物理量。目前的传感器的品种很多，例如霍尔器件，磁敏二极管、三极管，半导体型磁敏电阻器件，以及AMR、GMR磁敏传感器，GMI（巨磁阻抗）传感器等。磁敏传感器的理论基础是霍尔效应或磁阻效应 1. 霍尔效应 在霍尔片（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，霍尔片一般用非磁性金属、陶瓷或环氧树脂封装。）的两端通以控制电流I，在它的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，则在霍尔片的另两侧面会产生与I和B的乘积成比例的电动势（霍尔电势或称霍尔电压）。霍尔电势UH，其大小可用下式表示： 式中：——霍尔常数（m3／C） I——控制电流 B——磁感应强度 d——霍尔元件厚度 令： 为霍尔元件的灵敏度。它是表征对应于单位磁感应强度和单位控制电流时输出霍尔电压大小的一个重要参数，一般要求它越大越好。KH与元件材料的性质和几何尺寸有关。由于半导体（尤其是N型半导体）的霍尔常数RH要比金属的大得多，所以在实际应用中，一般都采用N型半导体材料做霍尔元件。元件的厚度d对灵敏度的影响也很大，元件越薄，灵敏度就越高。 建立霍尔效应所需的时间很短（约10-12～10-14s），因此控制电流用交流时，频率可以很高（几千兆赫）。 2. 磁阻效应 将一载流导体置于外磁场中，除了产生霍尔效应外，其电阻也会随磁场而变化。这种现象称为磁致电阻效应 当温度恒定时，在弱磁场范围内，磁阻与磁感应强度B的平方成正 比。对于只有电子参与导电的最简单的情况，理论推出磁阻效应的表达式为： 式中
一种用于测量通电交流直导线的差分电流传感器，包括两个敏感单元、固定块；所述敏感单元包括磁致伸缩/压电复合材料、高度调整框、底板、偏置片、垫块、信号输出线、导线；偏置片设置在高度调整框一端，底板设置在另一端，三者形成一个密闭空腔；磁致伸缩/压电复合材 料设置在密闭空腔内，底板上固定有垫块；磁致伸缩/压电复合材料包括上下两层的磁致伸缩材料和位于中层的压电材料；压电材料上设有信号输出线和导线；两个敏感单元的压电材料通过导线相连；偏置片采用磁性材料；高度调整框、底板、垫块、固定块均采用非金属材料；所述固定块设置在两个敏感单元，且两个敏感单元相对固定块对称布置。本技术可对通电交流直导线中进行精确测量。 权利要求书 1.一种用于测量通电交流直导线的差分电流传感器，其特征在于，包括两个敏感单元、固定块(5)；所述敏感单元包括磁致伸缩/压电复合材 料(1)、高度调整框(2)、底板(3)、偏置片(4)、垫块(31)、信号输出线(41)、导线(42)；所述偏置片(4)设置在高度调整框(2)一端，所述底板(3)设置在高度调整框(2)另一端，三者形成一个密闭空腔；所述磁致伸缩/压电复合材料(1)设置在密闭空腔内，且所述底板(3)上固定有垫块(31)；所述磁致伸缩/压电复合材料(1)包括上下两层的磁致伸缩材料(11)和位于中层的压电材料(12)；所述压电材料上设有信号输出线(41)和导线(42)；两个敏感单元的压电材料通过导线(42)相连；所述偏置片(4)采用磁性材料，用于提供偏置磁场；所述高度调整框(2)用于调整偏置片(4)与磁致伸缩/压电复 合材料(1)之间的距离；所述高度调整框(2)、底板(3)、垫块(31)、固定块(5)均采用非金属材料；所述固定块(5)设置在两个敏感单元，用于夹持通电交流直导线，且两个敏感单元相对固定块(5)对称布置。 2.根据权利要求1所述的差分电流传感器，其特征在于，所述底板(3)上设有两个电极(32)；两个电极(32)贯穿底板(3)并进行密封；所述信号输出线(41)和导线(42)分别与两个电极(32)内侧相连，电极(32)外侧再连接相应的信号输出线和导线；且两个敏感单元的电极(32)位于同一侧。 3.根据权利要求1所述的差分电流传感器，其特征在于，所述压电材料的长度要大于上下两侧磁致伸缩材料的长度。 4.根据权利要求1所述的差分电流传感器，其特征在于，固定块(5)包括上夹持块(51)、下夹持块(52)；所述上夹持块(51)、下夹持块(52)分别与两个敏感单元固定；上夹持块(51)和下夹持块(52)中间分别设有半圆形夹持孔；上夹持块(51)和下夹持块(52)合并形成一个完整的圆形夹持孔(54)。 5.根据权利要求1所述的差分电流传感器，其特征在于，所述上夹持块(51)和下夹持块(52)之间还设有铰接座(53)。 6.根据权利要求1所述的差分电流传感器，其特征在于，所述磁致伸缩/压电复合材料(1)的上下两层的磁致伸缩材料(11)和位于中层的压电材料(12)
磁传感器的应用场景分析 磁传感器为电流传感、接近传感、线性速率或转动速率传感，以及定向磁异态检测，角度、位置或位移测量等许多传感方面的问题提供了独特的解决方案。了解磁传感器技术背后的概念和它们最合适的应用将有助于帮您决定选择的磁传感器是否是您的 最佳应用解决方案。 磁传感器的应用十分广泛，今天，我们就来掰一掰磁传感器在国民经济、国防建设、科学技术、医疗卫生等各个领域的应用状况。 一、工业上用途广泛 在工业应用领域，最流行的磁性传感器类型是电流传感器，包括分流电阻器、霍尔效应集成电路、电流感应变压器、开环与闭环霍尔器件以及磁通门传感器。 1、电机在无刷电动机中，用磁传感器来作转子磁极位置传感和定子电枢电流换向器，磁传感器中，霍尔器件、威根德器件、磁阻器件等都可以使用，但主要还是以霍尔传感器为主。另外磁传感器还可以对电机进行过载保护及转矩检测； 交流变频器用于电机调速，节能效果极好；磁编码器的使用正在
逐渐取代光编码器来对电机的转速进行检测和控制，例如，在电动车窗之中，传感器可以确定轴转动了多少圈，以控制车窗升降器的行程，传感器也可以探测到人手造成的异常负载情况，提供所谓的“防夹”功能，在碰到物体的时候，电机可以反转； 用于直流电机换向和探测电流的电动助力转向传感器也是一个 快速增长的应用，用于代替电动液压型系统。 2、电力电子技术电力电子表技术是电力技术和电子技术的结合，可实现交直流电流的相互变换，并可在所需的范围内实现电流、电压和频率的自由调节。 采用这些技术和产品，可做成各种特殊电源（如UPS、高频电源、开关电源、弧焊机逆变电源等）和交流变频器等产品。这些变频装置的核心，是大功率半导体器件。 以磁传感器为基础的各种电流传感器被用来监测控制和保护这 些大功率器件。霍尔电流传感器响应速度快，且依靠磁场和被控电路耦合，不接入主电路，因而功耗低，抗过载能力强，线性好，可靠性高，既可作为大功率器件的过流保护驱动器，又可作为反馈器件，成为自控环路的一个控制环节。 使用变频技术可以大量节能，我国的变频技术改造，将需求大量的电流传感器，这将是磁传感器的又一巨大的产业性应用领域。
磁敏传感器的国内外现状及发展趋势The Current Situation And Tendency of Magnetic Sensor at Home and Aboard
摘要 传感器是各种仪器仪表和自动化设备的基础，尤其在当今以计算机为标志的信息社会中，传感器技术更承担着获取信息的重要任务。各种各样的磁场传感器都是为不同的磁场测量目的而设计的。磁敏传感器是将磁场信息转换成各种有用信号的装置。它是各种磁测仪器的核心。本文主要评述磁敏传感器产业的现状及可能形成产业化生产和产业性应用的磁敏传感器的发展趋势。 关键词：磁敏传感器；霍尔元件；磁场检验；产业化
Abstract Sensor is various instruments and automation equipment foundation, especially in today's computer in the information society marked more bearing, the sensor technology is an important task of obtaining information. Various magnetic field sensors for different magnetic field measurement is designed. Magnetic sensor is converted into various magnetic field information useful signal devices. It is the core of various magnetic measurement instrument.This paper summarizes the present situation of magnetic sensor industry production and industrialization and possible ChanYeXing application of the development trend of magnetic sensors Keywords：magnetic sensor, hall element, magnetic inspection, industrialization
隧道磁电阻(TMR)技术在电流传感器中的应用 电流传感器是在电气绝缘的状态下，利用电流所 产生的磁场来检测电流值的一种介于高、低电压之间 图1：开环式电流传感器 磁平衡式或磁补偿式电流传感器。 图2：闭环式电流传感器 其中的关键器件，对传感器性能优劣起着至关重要的作 用。目前市场上的电流传感器主要是采用传统的霍尔器 件，由于半导体材质自身原因，霍尔器件的温度漂移量 较大，一致性差，尤其在低温区变化剧烈，难以进行统 一校准。动态失调消除技术的采用可部分改善霍尔器件 的温度漂移，但在电路中叠加了高频噪声干扰，造成电 流传感器的输出信号失真，影响整机性能。 隧道磁电阻(TMR)器件是继霍尔器件、各向异性磁 度和温度特性。 图3：霍尔传感器和TMR传感器比较 图4：各种磁传感器灵敏度比较 第1 页
第 2 页 图5：TMR 线性传感器采用SSIP-4封装 图 6 ：TMR 闭环电流传感器实物图 基于TMR 的优异性能，闭环电流传感器可显著改善其温度漂移量。替代后，无需任何温度补偿，电流传感器在-40~85C 的温度范围内的温度漂移总量即可由原来的1～2%降至0.1～0.2%。在使用温度宽泛的场所如变频器、伺服器、电动车辆等应用时，TMR 闭环电流传感器可确保在任何地区、任何季节的电流测量的精准度；特别是在风能、太阳能等新能源行业中，电流传感器的温度漂移可直接导致逆变器输出电能中的直流成分的增加，不仅造成能源浪费，直流成分还会消耗在变压器绕组中，造成变压器过热。电流传感器温度漂移的改善，将会给能源行业带来直接的经济效益和必要的安全性。 江苏多维科技有限公司生产的TMR2501、TMR2503、TMR2505线性传感器采用SSIP-4封装，在垂直方向测量磁场，与通行的霍尔器件完全兼容。对闭环电流传感器 来说，电流传感器厂家只需改变一下磁传感器的偏置电阻值，无需更改PCB 设计和产品结构既可直接替代霍尔器件。 图7：多维科技的TMR 闭环电流传感器 江苏多维科技有限公司生产的TMR2101、TMR2102、 TMR2103、TMR2701、TMR2703、TMR2705、TMR2905和TMR2922为平面方向测量磁场，配合使用纵向气隙磁芯。摆脱了断面气隙 漏磁所带来的困扰，大大提升了磁芯的聚磁能力，使电流传感器的分辨率低至毫安量级，并有效遏制外来干扰。较之磁通门闭环电流传感器，TMR 闭环电流传感器结构简单，抗干扰能力强，分辨率高。产品响应时间快，测量频带宽。 图8：闭环电流传感器的典型电路 上图为闭环电流传感器的典型电路，其中原有的霍尔器件H1可以直接用TMR 替代。通过调整偏置电阻R1和R2，使H1的1、3引脚间电压为1伏左右。例如：当电源电压为+/-15V ，TMR 输入电阻为6k 欧姆时，若1、3引脚间电压为1V ，则H1输入电流Id=1V /6k =0.17mA ，偏置电阻R1及R2=(15-0.5)/0.17=85.3K Ω。 R A 和R B 为上下对称结构，用于调整传感器的失调值，建议采用相同系列电阻，以降低调整电阻与磁传感器之间的温度系数差异所带来的额外误差。 多维科技承诺本说明书所提供的信息是准确和可靠的，所公开的技术未触犯其他公司的专利且具有自主知识产权。多维科技具有保留为提高产品质量，可靠性和功能以更改产品规格的权力。多维科技对任何超出产品应用范围而造成的后果不承担法律责任。 “多维科技”和“多维科技 感知未来”是江苏多维科技有限公司的合法注册商标。
磁通门技术 I国内外研究现状 磁通门是利用被测磁场中高导磁铁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的一种传感器。磁通门传感器也称磁强计，由探头和接口电路组成，具有分辨率高(最高可达10-11T)、测量弱磁场范围宽(在10-8T以下)、可靠、简易、经济、耐用、能够直接测量磁场的分量和适于在高速运动系统中使用等特点。磁通门传感器的研究起始于1928年，几年后才出现了利用磁性材料自身磁饱和特性的磁通门磁强计，它被用来测量1mT以下的直流或低频交流磁场。1936年，Aschenbrenner和Goubau称达到了0.3nT的分辨率。在第二次世界大战中，用于军事探潜的磁通门传感器有了较大的发展。 用电流传感器作为电气设备绝缘在线检测系统的采样单元，已得到业内人士的共识。目前，电流传感器有多种类型，如霍尔传感器、无磁芯电流传感器、高导磁非晶合金多谐振荡电流传感器、电子自旋共振电流传感器等。由于电力系统使用环境的特殊性，许多传感器存在自身的局限性。目前应用于电力系统的电流传感器多是以电磁耦合为基本工作原理的，从采样方式上分，这类传感器主要有直接串入式、钳式、闭环穿芯式三种。大量的研究试验表明，基于“零磁通原理”的小电流传感器更适合电力系统绝缘在线检测的要求。本文所述小电流传感器即是以磁通门技术为基本原理，加上闭环控制在电子电路中的应用，使小电流传感器具有高精度、高稳定度、抗干扰能力强等优点[1]。 磁通门是一种磁测量传感器。由于它在动目标中可以极敏感地感应地磁强度,早在本世纪30年代就被应用于航磁测量部门。近20年来,在物理学、电子技术、金属冶炼等方面取得的巨大成果,使磁通门在弱磁测量、抗电磁干扰、耐高温、可靠性、寿命、价格方面取得了前所未有的进展。在地质勘探和石油钻井中,包括磁通门在内的敏感元件提供的有关钻头前进方向的信息,使按设计井身轨迹实现高质量定向—水平钻井成为可能。 我在这里简单列举几个国际上取得的成果。Milan M. Ponjavic 等人提出了一种自激震荡的磁通门传感器模型，对在模型中影响传感器工作的主要特性都进行了讨论[2]。Q. Ma等人设计了一种新型DC传感器，这种新型DC传感器可以有效提高测量的准确度，同时具有良好的线性度。这种传感器是基于磁势自平衡和反馈补偿的[3]。Eyal Weiss等人研究了一种正交磁通门传感器，这种传感器不仅改善了磁通门的等效磁噪声，而且简化了磁通门的输出过程[4]。Szewczyk, R课题组为我们呈现了一种双轴微型化磁通门传感器，这种传感器的铁芯由铁钴合金制造，并且依托于PCB多层技术，同时为磁通门的进一步微型化提供了依据[5]。
磁敏传感器 姓名：专业班级：学号： 摘要 磁敏传感器是利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成的传感器件。磁敏传感器一般被用来检测磁场的存在、变化、方向以及磁场强弱，以及可引起的磁场变化物理量。目前的传感器的品种很多，例如霍尔器件，磁敏二极管、三极管，半导体型磁敏电阻器件，以及AMR、GMR磁敏传感器，GMI（巨磁阻抗）传感器等。一．国外现状 1．国外磁传感器的常见种类 就市场占有情况来看，国外磁敏传感器主要品种依然是霍尔元件、磁阻元件。近期的巨磁阻元件也有良好的发展空间。 2．外磁传感器的代表厂商： 霍尔元件：日本旭化成；日本东芝；美国Honeywell公司；美国Allogro公司。 磁阻器件：日本SONY公司；荷兰PHILIPS公司。 3．国外磁传感器的应用情况 磁敏传感器应用的最大特点是无接触测量。 霍尔元件： 磁场测量，做高斯计（特斯拉计）的检测探头。 电流检测，做电流传感器/变送器的一次元件。 直流无刷电机，用于检测转子位置并提供激励信号。 集成开关型霍尔器件的转速/转数测量。 强磁体薄膜磁阻器件： 位移传感器，主要有磁尺的线性长距离位移测量。 角位移传感器，主要用语转动角度测量，广泛应用于汽车制造业。 脉冲发讯传感器，主要用于流量检测和转速/转数测量。 半导体磁阻器件： 主要是InSb磁阻器件。 微弱磁场检测，主要用于伪钞识别。 脉冲测量，主要用于转速/转数测量。 国内现状 国内磁传感器的常见种类及其特点 目前国内磁敏传感器经过三十余年的发展，就基础器件的研究与开发情况，除巨磁阻期间存有差距以外，常用其他磁敏传感器如霍尔元件，磁阻元件等已经与国外同类产品的水平相当。市场上应用的国产磁敏传感器件的种类也与国外产品相当，依然是霍尔元件、磁阻元件。 国内磁传感器件代表厂商 霍尔元件：中科院半导体所，沈阳仪表科学研究院，南京中旭微电子公司。 磁阻器件：沈阳仪表科学研究院（汇博思宾尼斯公司） 国内磁传感器的应用情况 电流传感器：国内包括沈阳仪表科学研究院（思宾尼斯公司）、西南自动化所等二、三十家大小不同的企业在生产和销售电流传感器/变送器，其市场竞争已经白热化。该领域是国内磁敏传感器应用最早、最普及、最成熟的领域。
第9章 磁敏式传感器 学习要点： 1.掌握传感器工作原理及特性 2.掌握测量误差及补偿（霍尔元件） 3.了解传感器的应用 磁敏式传感器是利用半导体磁敏元件，通过磁电作用将磁学物理量转换成电信号的传感器。磁敏式传感器按其结构可分为体型和结型两大类，前者有霍尔元件和磁敏电阻；后者有磁敏二极管和磁敏三极管等。 一、霍尔传感器 霍尔传感器是利用霍尔效应进行检测的一种传感器。霍尔传感器通常由霍尔元件、加在元件上的激励电源、产生磁场的装置和输出电路等构成。 在图9.1.1所示的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U H （称为霍尔电动势或霍尔电压），这种现象称为霍尔效应。 图9.1.1 霍尔效应 霍尔电压可表示为，称为霍尔元件的灵敏度，它表征在单位磁感应强度和单位激励电流作用下的空载霍尔电势值。霍尔元件的灵敏度与半导体材料的性质和几何尺寸有关。 IB K U H H =H K 霍尔元件的材料要求有高的电阻率和载流子迁移率。通常金属材料具有很高的载流子迁移率，但其电阻率很小；绝缘材料的电阻率极高，但是其载流子迁移率极低；只有半导体材料最适合制造霍尔元件。 霍尔元件在实际应用时，存在多种因素影响其测量精度。造成测量误差的主要因素有两类：半导体制造工艺的缺陷和半导体的固有特性，其主要表现为不等位电势误差和温度误差。不等位电势常常与霍尔电势具有相同的数量级，通常采用不等位电势补偿电路。霍尔元件的性能参数随温度的变化也是很灵敏的。为了减小霍尔元件的温度误差，除选用温度系数小的元件或采用恒温措施外，还可采用适当的补偿电路。 将霍尔元件及其放大电路、温度补偿电路和稳压电源等集成在一个芯片上就构成独立器件——霍尔集成传感器。根据功能的不同，霍尔集成传感器分为线性型霍尔集成传感器和开
题目：压电式传感器与霍尔磁敏传感器原理及应用 学院：＿＿机械工程学院＿＿ 专业：＿机制＿＿＿＿＿ 班级：＿＿102＿＿＿＿＿＿ 学号：＿＿1008030121＿＿＿ 学生姓名：＿＿＿＿＿＿＿ 指导教师：＿＿＿＿＿＿＿ 2013年12 月 5 日
目录 一、绪论 3 二、压电式传感器 1压电式传感器的基本原理 4 （1）压电效应 （2）压电材料 (3) 测量电路 2压电式压力传感器原理和结构图 8 3压电式传感器的举例应用 10 三、霍尔磁敏传感器 1引言 10 2工作原理 12 3霍尔磁敏传感器 14 4基本特性 16 5应用举例 17 四、小结 19
一绪论 国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 ?新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。 ?在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。 ? 在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有适应的传感器是不可能的。 ?传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、
1、 电阻分流器检测技术 分流器是根据电流通过电阻时在电阻2端产生电压进行测量。 应用领域： 在低频率小幅值电流测量中，表现出高的精度和较快的响应速度。在工业领域中，在不涉及到测量回路与被测电流之间电隔离的场合，分流器是将电流信号转变成电压信号的首选的低成本方案。 2、 电流互感器 电流互感器原理是依据电磁感应原理的，电流互感器的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定的变化转换成数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。
3、霍尔电流传感器 开环的霍尔电流传感器采用的是霍尔直放式原理，闭环的霍尔电流传感器采用的是磁平衡原理。所以闭环的在响应时间跟精度上要比开环的好很多。开环和闭环都可以监测交流电，一般开环的适用于大电流监测，闭环适用于小电流监测。优点：封装尺寸小，测量范围广，重量轻，低电源损耗，无插损 开环式霍尔传感器的工作过程： 原边电流(Ip)通过一根导线时，在导线四周将会产生一个磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，它能通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出。这一信号经信号放大器放大后 直接输出，霍尔器件输出的信号准确反映了原边电流的输出情况。 闭环霍尔电流传感器的工作过程： 当原边电流IP产生的磁通通过磁芯集中在磁路中，霍尔器件固定在气隙中检测磁通，通过绕在 磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流，用于抵消原边电流(IP)产生的磁通，使得磁路中磁通始终保 持为零。霍尔器件和辅助电路产生的副边补偿电流准确反映了原边电流的大小。经过特殊电路的处理， 传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变化。
4、磁通门电流传感器 磁通门传感器是利用被测磁场中高导磁铁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的一种传感器。 磁通门传感器就是利用某些高磁导率的软磁材料（如坡莫合金）作磁芯，以其一起在交流磁场作用下的次饱和特性及法拉第电磁感应原理研制成的测磁装置。其结构可以看成一个特殊的变压器，磁通门测磁法正是利用这种特殊变压器的磁芯，当交变电流流过该变压器原边线圈时，磁芯反复被交变过饱和励磁所磁化，当有外磁场存在时，励磁变得不对
磁敏传感器及其应用 磁敏传感器，顾名思义就是感知磁性物体的存在或者磁性强度(在有效范围内)这些磁性材料除永磁体外，还包括顺磁材料(铁、钴、镍及其它们的合金)当然也可包括感知通电(直、交)线包或导线周围的磁场。传统的磁检测中首先被采用的是电感线圈为敏感元件，特点正是无须在线圈中通电，一般仅对运动中的永磁体或电流载体起敏感作用。后来发展为用线圈组成振荡槽路的。如探雷器，金属异物探测器，测磁通的磁通计等. (磁通门，振动样品磁强计)。 二, 霍尔传感器 霍尔传感器是依据霍尔效应制成的器件。 霍尔效应：通电的载体在受到垂直于载体平面的外磁场作用时，则载流子受到洛伦兹力的作用，并有向两边聚集的倾向,由于自由电子的聚集(一边多一边必然少)从而形成电势差，在经过特殊工艺制备的半导体材料这种效应更为显着。从而形成了霍尔元件。早期的霍尔效应的材料(锑化铟)。为增强对磁场的敏感度,在材料方面半导体IIIV 元素族都有所应用。近年来，除Insb之外，有硅衬底的，也有砷化镓的。霍尔器件由于其工作机理的原因都制成全桥路器件，其内阻大约都在150Ω~500Ω之间。对线性传感器工作电流大约在2~10mA左右，一般采用恒流供电法。硅衬底霍尔器件典型工作电流为10mA。而砷化镓典型工作电流为2 mA。作为低弱磁场测量，我们希望传感器自身所需的工作电流越低越好。（因为电源周围即有磁场，就不同程度引进误差。另外，目前的传感器对温度很敏感，通的电流大了，有一个自身加热问题。（温升）就造成传感器的零漂。这些方面除外附补偿电路外，在材料方面也在不断的进行改进。 霍尔传感器主要有两大类，一类为开关型器件，一类为线性霍尔器件，从结构形式（品种）及用量、产量前者大于后者。霍尔器件的响应速度大约在1us 量级。三，磁阻传感器 磁阻传感器，磁敏二极管等是继霍尔传感器后派生出的另一种磁敏传感器。采用的半导体材料于霍尔大体相同。但这种传感器对磁场的作用机理不同，传感器内载流子运动方向与被检磁场在一平面内。（顺便提醒一点，霍尔效应于磁阻效应是并存的。在制造霍尔器件时应努力减少磁阻效应的影响，而制造磁阻器件时努力避免霍尔效应（在计算公式中，互为非线性项）。在磁阻器件应用中，温度漂移的控制也是主要矛盾，在器件制备方面，磁阻器件由于与霍尔不同，因此，早期的产品为单只磁敏电阻。由于温度漂移大，现在多制成单臂（两只磁敏电阻串联）主要是为补偿温度漂移。目前也有全桥产品，但用法（目的）与霍尔器件略有差异。据报导磁阻器件的响应速度同霍尔1uS量级。
磁敏传感器国内外概况及其应用 2006-4-12 9:40:05 “磁敏传感器是传感器产品的一个重要组成部分，随着我国磁敏传感器技术的发展，其产品种类和质量将会得到进一步发展和提高，进军汽车、民用仪表等这些量大面广的应用领域即将实现。国产的电流传感器、高斯计等产品日前已经开始走入国际市场，与国外产品的差距正在快速缩小。”在2006中国东北第九届国际工业博览会同期举办的自动化学会研讨会上，来自沈阳仪表科学研究院的孙仁涛教授，为前来参展的观众做了有关磁敏传感器国内外概况及其应用的介绍，可谓一场磁敏传感器技术的学术交流大会。 沈阳仪表科学研究院孙仁涛教授 会议现场 一、磁敏传感器的发展特点 1．集成电路技术的应用。将硅集成电路技术应用于磁敏传感器，制成集成磁敏传感器。 2．InSb薄膜技术的开发成功，使得霍尔器件产能剧增，成本大幅度下降。 3．强磁体合金薄膜得到广泛应用。各种磁阻器件出现，应用领域广泛。 4．巨磁电阻多层薄膜的研究与开发。新器件的高灵敏度、高稳定性，引起研制高密度记录磁盘读出头的科技人员的极大关注。 5．非晶合金材料的应用。与基础器件配套应用，大大改善了磁传感器性能。 6．Ⅲ—V族半导体异质结构材料的开发和应用。通过外延技术，形成异质结构，提高磁敏器件的性能。 二、国外磁敏传感器的现状 1．国外磁传感器的常见种类 就市场占有情况来看，国外磁敏传感器主要品种依然是霍尔元件、磁阻元件。近期的巨磁阻元件也有良好的发展空间。 2．外磁传感器的代表厂商： ·霍尔元件：日本旭化成；日本东芝；美国Honeywell公司；美国Allogro公司。 ·磁阻器件：日本SONY公司；荷兰PHILIPS公司。 3．国外磁传感器的应用情况 磁敏传感器应用的最大特点是无接触测量。 ·霍尔元件： 磁场测量，做高斯计（特斯拉计）的检测探头。 电流检测，做电流传感器/变送器的一次元件。 直流无刷电机，用于检测转子位置并提供激励信号。 集成开关型霍尔器件的转速/转数测量。 ·强磁体薄膜磁阻器件： 位移传感器，主要有磁尺的线性长距离位移测量。