第8章 磁电式传感器

一、实验目的1. 了解磁电式传感器的工作原理和结构特点；2. 掌握磁电式传感器的安装、调试和应用方法；3. 学会使用磁电式传感器进行测量和信号处理；4. 提高实际操作能力和工程应用能力。

二、实验原理磁电式传感器是一种能将非电量的变化转换为感应电动势的传感器，它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。

磁电式传感器主要由永久磁钢、感应线圈、电路等部分组成。

当被测物体运动时，磁钢与线圈产生相对运动，线圈中的磁通量发生变化，从而在线圈中产生感应电动势。

三、实验器材1. 磁电式传感器：型号为LM393；2. Arduino Uno控制板；3. USB数据线；4. 振动平台；5. 示波器；6. 直流稳压电源；7. 电桥；8. 霍尔传感器；9. 差动放大器；10. 电压表；11. 测微头。

四、实验步骤1. 磁电式传感器安装：将磁电式传感器安装在振动平台上，确保传感器与振动平台固定牢固。

2. 传感器调试：调整传感器与振动平台的相对位置，使传感器能够正常工作。

3. 磁电式传感器信号采集：使用Arduino Uno控制板采集磁电式传感器的信号。

4. 信号处理：将采集到的信号通过示波器进行观察和分析，分析信号的波形和频率。

5. 霍尔传感器安装：将霍尔传感器安装在振动平台旁的支架上，确保传感器与振动平台固定牢固。

6. 霍尔传感器信号采集：使用Arduino Uno控制板采集霍尔传感器的信号。

7. 信号处理：将采集到的信号通过示波器进行观察和分析，分析信号的波形和频率。

8. 比较两种传感器特性：比较磁电式传感器和霍尔传感器的信号波形和频率，分析两种传感器的优缺点。

9. 实验结果分析：根据实验结果，分析磁电式传感器的测量精度、响应速度和抗干扰能力。

五、实验结果与分析1. 磁电式传感器信号波形和频率：通过示波器观察，磁电式传感器信号波形稳定，频率与振动频率一致。

2. 霍尔传感器信号波形和频率：通过示波器观察，霍尔传感器信号波形稳定，频率与振动频率一致。

磁电式传感器的工作原理
磁电式传感器是一种常用的用于测量和检测磁场的传感器。

其工作原理基于磁性材料在外加磁场作用下产生的磁电势。

磁电式传感器通常由两个主要部分组成：磁敏感元件和信号处理电路。

磁敏感元件是通常由铁磁材料制成的，比如镍、铁、钴等。

这些材料在外加磁场的作用下会发生剩余磁化现象，即使在磁场消失后，仍能保持一定的磁性。

当外加磁场作用在磁敏感元件上时，磁性材料内部的磁矩会发生改变。

这种磁矩的改变会导致磁敏感元件两端产生电势差，即磁电势。

这个电势差与外加磁场的强度成正比，可以通过测量电势差来间接测量磁场的强度。

信号处理电路用于放大和处理由磁敏感元件产生的微弱电势差。

通常，这些电路会对输入的电势差进行放大和滤波，以提高测量的准确性和稳定性。

然后，信号处理电路将处理后的电信号转换为数字信号或模拟信号，供其他设备使用或进行进一步的数据处理。

总而言之，磁电式传感器通过利用磁敏感元件在外加磁场作用下产生的磁电势，实现对磁场强度的测量和检测。

其工作原理简单可靠，广泛应用于各种领域，比如工业控制、汽车电子、电力系统等。

8磁电式传感器习题与解答第8章磁电式传感器⼀、单项选择题1、下列不属于霍尔元件基本特性参数的是（）。

A. 控制极阻B. 不等位电阻C. 寄⽣直流电动势D. 零点残余电压2、制造霍尔元件的半导体材料中，⽬前⽤的较多的是锗、锑化铟、砷化铟，其原因是这些（）。

A．半导体材料的霍尔常数⽐⾦属的⼤B．半导体中电⼦迁移率⽐空⽳⾼C．半导体材料的电⼦迁移率⽐较⼤D．N型半导体材料较适宜制造灵敏度较⾼的霍尔元件3、磁电式传感器测量电路中引⼊积分电路是为了测量（）。

A．位移B．速度C．加速度 D．光强4、为了提⾼磁电式加速度传感器的频响围，⼀般通过下⾯哪个措施来实现（）。

A．减⼩弹簧⽚的刚度 B. 增加磁铁的质量C. 减⼩系统的阻尼⼒D. 提⾼磁感应强度5、磁电式传感器测量电路中引⼊微分电路是为了测量（）A．位移B．速度C．加速度 D．光强6、霍尔电势与（）成反⽐A．激励电流 B．磁感应强度C．霍尔器件宽度 D．霍尔器件长度7、霍尔元件不等位电势产⽣的主要原因不包括（）A．霍尔电极安装位置不对称或不在同⼀等电位上B．半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或⼏何尺⼨不均匀C．周围环境温度变化D．激励电极接触不良造成激励电流不均匀分配⼆、多项选择题三、填空题1、通过将被测量转换为电信号的传感器称为磁电式传感器。

2、磁电作⽤主要分为和两种情况。

3、磁电感应式传感器是利⽤导体和磁场发⽣相对运动⽽在导体两端输出的原理进⾏⼯作的。

4、磁电感应式传感器是以原理为基础的。

5、当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产⽣电位差，这⼀现象被称为。

6、霍尔效应的产⽣是由于运动电荷受作⽤的结果。

7、霍尔元件的灵敏度与和有关。

8、霍尔元件的零位误差主要包括和。

9、磁电式传感器是半导体传感器，是基于的⼀类传感器。

10、磁电式传感器是利⽤原理将运动速度转换成信号输出。

11、磁电式传感器有温度误差，通常⽤分路进⾏补偿。

12、霍尔效应是导体中的载流⼦在磁场中受作⽤发⽣的结果。

一、单项选择题1、下列不属于霍尔元件基本特性参数的是（）。

A. 控制极内阻B. 不等位电阻C. 寄生直流电动势D. 零点残余电压2、制造霍尔元件的半导体材料中，目前用的较多的是锗、锑化铟、砷化铟，其原因是这些（）。

A．半导体材料的霍尔常数比金属的大B．半导体中电子迁移率比空穴高C．半导体材料的电子迁移率比较大D．N型半导体材料较适宜制造灵敏度较高的霍尔元件3、磁电式传感器测量电路中引入积分电路是为了测量（）。

A．位移B．速度C．加速度 D．光强4、为了提高磁电式加速度传感器的频响范围，一般通过下面哪个措施来实现（）。

A．减小弹簧片的刚度 B. 增加磁铁的质量C. 减小系统的阻尼力D. 提高磁感应强度5、磁电式传感器测量电路中引入微分电路是为了测量（）A．位移B．速度C．加速度 D．光强6、霍尔电势与（）成反比A．激励电流 B．磁感应强度C．霍尔器件宽度 D．霍尔器件长度7、霍尔元件不等位电势产生的主要原因不包括（）A．霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位上B．半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或几何尺寸不均匀C．周围环境温度变化D．激励电极接触不良造成激励电流不均匀分配二、多项选择题三、填空题1、通过将被测量转换为电信号的传感器称为磁电式传感器。

2、磁电作用主要分为和两种情况。

3、磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出的原理进行工作的。

4、磁电感应式传感器是以原理为基础的。

5、当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电位差，这一现象被称为。

6、霍尔效应的产生是由于运动电荷受作用的结果。

7、霍尔元件的灵敏度与和有关。

8、霍尔元件的零位误差主要包括和。

9、磁电式传感器是半导体传感器，是基于的一类传感器。

10、磁电式传感器是利用原理将运动速度转换成信号输出。

11、磁电式传感器有温度误差，通常用分路进行补偿。

12、霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受作用发生的结果。

第一章习题答案1-1．什么是传感器？解：传感器是一种利用各种物理效应、化学效应（或反应）以及生物效应实现非电量到电量转换的装置或器件，以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务。

1-2.传感器特性在检测系统中起到什么作用？解：传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的器件或装置，它的作用是感受指定被测参量的变化并按照一定的规律将其转化成一个相应的便于传递的输出信号。

传感器作为检测系统的信号源，其性能的好坏将直接影响到检测系统的精度和其他指标。

1-3. 它由哪几个部分组成？说明各部分的作用？解：传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。

敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。

1-4．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。

衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。

1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度；2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值；3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；4）传感器的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。

5）传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。

漂移包括零点漂移和灵敏度漂移等。

传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性：频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。

现在的柴油机正在经历以柴油机电控化为核心的第3 次技术飞跃。

ECU 技术是柴油机电控化的核心技术之一，它采集发动机的相位、转速（ n ）、燃油压力、油门位置、温度等信号,通过一定的算法得出泵油和喷油的参数，并驱动相应的执行器工作。

在ECU 中，曲轴和凸轮轴相位传感器信号是整个发动机工作时序的基础，其作用相当于芯片中的时钟。

发动机的n 、喷油相位以及判缸信号等都是通过这两个传感器计算处理得出的。

因此，设计一种抗干扰能力强，可靠性高的曲轴和凸轮轴传感器信号处理模块对整个柴油机电控单元来说至关重要。

常用的发动机曲轴和凸轮轴相位传感器有霍尔式传感器和磁电式传感器两种。

磁电式传感器具有成本低、结构简单、耐腐蚀、耐冲击、可靠性高和稳定性好等优点,故本研究采用两个磁电式传感器分别测量6 缸发动机的曲轴和凸轮轴相位信号。

其中,一个磁电式传感器用于测量曲轴相位即48 X信号（ X 代表齿数，即曲轴齿轮盘被48 等分,但缺3 个齿）；另外一个磁电式传感器用于判断凸轮轴相位即7 X 信号（凸轮轴上的齿轮盘被6 等分，但上止点的位置多1 个齿）。

通过对7 X 和48 X 信号的捕捉可计算发动机的n 及相位。

1．磁电式传感器的特性（1）工作原理磁电式传感器的工作原理如图1 所示，它主要由旋转的触发轮（被等分的齿轮盘,上面有多齿或缺齿）和相对静止的感应线圈两部分组成。

当柴油机运行时，触发轮与传感器之间的间隙周期性变化，磁通量也会以同样的周期变化，从而在线圈中感应出近似正弦波的电压信号。

（2）输出特性由磁电式传感器工作原理可知，其产生的交流电压信号的频率与齿轮转速和齿数成正比。

在齿数确定的情况下，传感器线圈输出的电压频率正比于齿轮的转速，其关系为式中，n 为发动机转速，r/ s；z 为触发轮被等分的齿数；f 为磁电式传感器的输出信号频率，Hz 。

磁电式传感器的输出电压不仅与传感器和触发轮间的间隙（ d ）有关,而且与n 有关。

2023传感器原理及应用（王化祥著）课后答案下载2023传感器原理及应用（王化祥著）课后答案下载前言绪论第一章传感器及其基本特性第一节传感器的定义、组成及分类第二节传感器的基本特性__小结习题与思考题第二章电阻应变式传感器第一节应变式传感器第二节应变式传感器的测量电路第三节压阻式传感器第四节应变式传感器的应用__小结习题与思考题第三章电容式传感器第一节电容式传感器的'工作原理与类型第二节电容式传感器的测量电路第三节电容式传感器的误差分析及补偿第四节电容式传感器的应用__小结习题与思考题第四章电感式传感器第一节自感式传感器第二节差动变压器式传感器第三节电涡流式传感器__小结习题与思考题第五章压电式传感器第一节压电效应与压电材料第二节压电传感器的等效电路和测量电路第三节引起/玉,E9式传感器测量误差的因素第四节压电传感器的应用__小结习题与思考题第一节磁电感应式传感器第二节霍尔传感器第三节磁敏电阻器第四节磁敏二极管和磁敏三极管第五节磁电传感器的应用__小结习题与思考题第七章热电式传感器第一节热电偶传感器第二节热电阻式传感器第三节半导体式热敏电阻第四节热电式传感器的应用__小结习题与思考题第八章光电传感器第一节光电效应第二节光电器件及其特性第三节红外传感器__小结习题与思考题第九章常用其他新型传感器第一节气体传感器第二节湿敏传感器第三节超声传感器第四节超导传感器第五节仿生传感器__小结习题与思考题第十章智能传感器第一节智能传感器概述第二节智能传感器的实现方式第三节智能传感器的应用第四节智能传感器的发展方向本?小结习题与思考题……第十一章传感器的标定与选用传感器原理及应用（王化祥著）：基本信息点击此处下载传感器原理及应用（王化祥著）课后答案传感器原理及应用（王化祥著）：目录作者：王桂荣，李宪芝主编出版社：中国电力出版社版次：1字数：500000印刷时间：-5-1ISBN：9787512304109。

磁电式传感器工作原理
磁电式传感器是一种常用于检测磁场强度的传感器。

它的工作原理基于磁电效应，即当磁场通过特定材料时，会产生电势差。

磁电式传感器通常由感应线圈和磁核组成。

感应线圈是一根绕有导线的线圈，磁核则是材料制成的磁性物体，通常是铁芯。

当没有磁场作用时，感应线圈中不会产生电流。

当外部磁场作用于磁核时，磁核产生的磁通量会穿过感应线圈。

根据法拉第电磁感应定律，当磁通量连续变化时，感应线圈中会产生感应电动势。

这个感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，而磁通量的变化率与外部磁场的强弱有关。

因此，磁电式传感器可以通过测量感应线圈中产生的感应电动势来间接测量外部磁场的强度。

常见的应用包括地磁传感器、电动机转速传感器和磁导航传感器等。

值得注意的是，磁电式传感器的灵敏度取决于感应线圈的设计和磁核材料的选择。

较高的灵敏度可以使传感器对磁场变化更加敏感，而较低的灵敏度则可以使传感器对较弱的磁场更加测量精准。

因此，在实际应用中，需要根据具体需求选择适当的磁电式传感器。