磁电式传感器
- 格式：pdf
- 大小：651.32 KB
- 文档页数：23
根据法拉第电磁感应定律： 线圈在磁场中运动切割磁力线或线圈所在 磁场的磁通变化时，线圈所产生的感应电动 势的大小取决于穿过线圈磁通的变化率。
d e N NBlv dt
电压e正比于速度v 在电路中加以变换可以测量位移x和加速度
分类： 恒定磁通式 变磁通式
主要元件的设计计算
返 回 上一页 下一页
磁栅传感器的误差
零位误差与细分误差 影响零位误差的主要因素有： ①磁栅的节距误差； ②磁栅的安装与变形误差； ③磁栅剩磁变化所引起的零位漂移； ④外界电磁场干扰等
返
回
上一页
下一页
返
回
一、基本工作原理
磁栅式传感器＝磁栅＋磁头 磁栅上录有等间距的磁信号，它 是利用磁带录音的原理将等节距 周期电信号(正弦波或矩形波)用 录磁的方法记录在磁性尺子或圆盘上制成的。 装有磁栅传感器的仪器或装置工作时，磁头相对于 磁栅有一定的相对位置，在这个过程中，磁头把磁 栅上的磁信号读出来，这样就把被测位置或位移转 换成电信号。
1、磁路计算
磁路系统中工作气隙的选择 d/Ld=1/4 永久磁铁材料的选择 确定永久磁铁的工作点 计算永久磁铁的尺寸
2、线圈组件设计
线圈组件在工作气隙中相对永久磁铁运动时要保证两 者之间无摩擦 核算线圈温升对测量的影响
应用之一
磁电感应式振动速度传感器
应用之二
磁电感应式转速传感器
1－转轴 2－转子 3－永久磁铁 4－线圈 5－定子
自由电子浓度n很高，因此RH很小，输出UH极小
霍尔元件多用N型半导体材料
因RH＝ρμ μ－载流子迁移率，电子迁移率>空穴迁移率
霍尔元件都较薄(厚度只有1μm左右 上一页 下一页
（二）霍尔元件
返
回
上一页
下一页
二、霍尔元件的误差及其补偿
（一）霍尔元件的零位误差及其补偿 （二）霍尔元件的温度误差及其补偿
返 回
鉴幅 鉴相
下一页
上一页
四、磁栅传感器的特点与误差分析
磁栅传感器的优缺点及使用范围与感应同步器 相似，其精度略低于感应同步器 特点 ： ①录制方便，成本低廉。当发现所录磁栅不合 适时可抹去重录， ②使用方便，可在仪器或机床上安装后再录制 磁栅，因而可避免安装误差； ③可方便地录制任意节距的磁栅
返 回
优点：结构简单，体积小，坚固，
一、工作原理与特性
（一）霍尔效应
金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂 直于电流和磁场的方向上将产生电动势
返
回
上一页
下一页
如果磁场和薄片法线有α角，那么
U H k H IBcos
具有上述霍尔效应的元件称为霍尔元件。 金属材料不宜作霍尔元件 金属材料
返 回 上一页 下一页
二、磁栅
（一）磁栅的结构 （二）磁栅的类型
返
回
上一页
下一页
三、磁头
按读取信号方式的不同，磁头可分为
（一）动态磁头 （二）静态磁头
三、信号处理方式
动态磁头利用磁栅与磁头之间以一定的速度相 对移动而读出磁栅上的信号，将此信号进行处 理后使用 静态磁头一般总是成对使用，即用两个间距为 （n±1/4）W的磁头，其中n为正整数，W为磁 信号节距，也就是两个磁头布置成在空间相差 90°。 信号处理方式
返
回
上一页
下一页
三、应用
优点:结构简单、体积小、重量轻、 频带宽、动态特性好、使用寿命长 应用：电流、磁场、位移、压力、压差、转速 – – – – 霍尔式位移传感器 霍尔式压力传感器 霍尔式转速传感器 霍尔式接近开关
返
回
上一页
下一页
第三节 磁栅式传感器
一、基本工作原理 二、磁栅 三、磁头 四、信号处理方式 五、磁栅传感器的特点与误差分析
第五章 磁电式传感器
仪器科学与光电工程学院
磁是人们所熟悉的一种物理现象，最简单的把磁 转换成电的磁传感器就是线圈，根据电磁感应定律， 在切割磁通的电路里，产生与磁通相变化速率成正比 的感应电动势。 磁传感器的种类较多，制作传感器的材料有半导 体、磁性体、超导体等，不同材料制作的磁传感器其 工作原理和特性也不相同。 磁电式传感器主要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。 类型： 磁电感应式传感器 霍尔式传感器 磁栅式传感器
应用之三
磁电感应式扭矩仪
扭转角φ与感应电 动势相位差φ 0的 关系： φ 0=z φ z－传感器定子转子 的齿数
第二节 霍尔式传感器
一、工作原理与特性 二、霍尔元件的误差及其补偿 三、应用
返
回
上一页
下一页
霍尔式传感器
工作原理：霍尔效应 测量：电流、磁场、位移、压力、压差、转速 频率响应宽（从直流到微波） 动态范围（输出电动势的变化）大， 无触点，使用寿命长，可靠性高， 易于微型化和集成电路化 缺点：转换率较低，温度影响大 精度较高时必须进行温度补偿
第一节 磁电感应式传感器
它是利用导体和磁场发生相对运动而在 导体两端输出感应电动势的。 是一种机—电能量变换型传感器，不需 要供电电源，电路简单，性能稳定，输出阻 抗小，又具有一定的频率响应范围（一般为 10～1000Hz）。 适用于振动、转速、扭矩等测量。但这 种传感器的尺寸和重量都较大。
工作原理：
d e N NBlv dt
电压e正比于速度v 在电路中加以变换可以测量位移x和加速度
分类： 恒定磁通式 变磁通式
主要元件的设计计算
返 回 上一页 下一页
磁栅传感器的误差
零位误差与细分误差 影响零位误差的主要因素有： ①磁栅的节距误差； ②磁栅的安装与变形误差； ③磁栅剩磁变化所引起的零位漂移； ④外界电磁场干扰等
返
回
上一页
下一页
返
回
一、基本工作原理
磁栅式传感器＝磁栅＋磁头 磁栅上录有等间距的磁信号，它 是利用磁带录音的原理将等节距 周期电信号(正弦波或矩形波)用 录磁的方法记录在磁性尺子或圆盘上制成的。 装有磁栅传感器的仪器或装置工作时，磁头相对于 磁栅有一定的相对位置，在这个过程中，磁头把磁 栅上的磁信号读出来，这样就把被测位置或位移转 换成电信号。
1、磁路计算
磁路系统中工作气隙的选择 d/Ld=1/4 永久磁铁材料的选择 确定永久磁铁的工作点 计算永久磁铁的尺寸
2、线圈组件设计
线圈组件在工作气隙中相对永久磁铁运动时要保证两 者之间无摩擦 核算线圈温升对测量的影响
应用之一
磁电感应式振动速度传感器
应用之二
磁电感应式转速传感器
1－转轴 2－转子 3－永久磁铁 4－线圈 5－定子
自由电子浓度n很高，因此RH很小，输出UH极小
霍尔元件多用N型半导体材料
因RH＝ρμ μ－载流子迁移率，电子迁移率>空穴迁移率
霍尔元件都较薄(厚度只有1μm左右 上一页 下一页
（二）霍尔元件
返
回
上一页
下一页
二、霍尔元件的误差及其补偿
（一）霍尔元件的零位误差及其补偿 （二）霍尔元件的温度误差及其补偿
返 回
鉴幅 鉴相
下一页
上一页
四、磁栅传感器的特点与误差分析
磁栅传感器的优缺点及使用范围与感应同步器 相似，其精度略低于感应同步器 特点 ： ①录制方便，成本低廉。当发现所录磁栅不合 适时可抹去重录， ②使用方便，可在仪器或机床上安装后再录制 磁栅，因而可避免安装误差； ③可方便地录制任意节距的磁栅
返 回
优点：结构简单，体积小，坚固，
一、工作原理与特性
（一）霍尔效应
金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂 直于电流和磁场的方向上将产生电动势
返
回
上一页
下一页
如果磁场和薄片法线有α角，那么
U H k H IBcos
具有上述霍尔效应的元件称为霍尔元件。 金属材料不宜作霍尔元件 金属材料
返 回 上一页 下一页
二、磁栅
（一）磁栅的结构 （二）磁栅的类型
返
回
上一页
下一页
三、磁头
按读取信号方式的不同，磁头可分为
（一）动态磁头 （二）静态磁头
三、信号处理方式
动态磁头利用磁栅与磁头之间以一定的速度相 对移动而读出磁栅上的信号，将此信号进行处 理后使用 静态磁头一般总是成对使用，即用两个间距为 （n±1/4）W的磁头，其中n为正整数，W为磁 信号节距，也就是两个磁头布置成在空间相差 90°。 信号处理方式
返
回
上一页
下一页
三、应用
优点:结构简单、体积小、重量轻、 频带宽、动态特性好、使用寿命长 应用：电流、磁场、位移、压力、压差、转速 – – – – 霍尔式位移传感器 霍尔式压力传感器 霍尔式转速传感器 霍尔式接近开关
返
回
上一页
下一页
第三节 磁栅式传感器
一、基本工作原理 二、磁栅 三、磁头 四、信号处理方式 五、磁栅传感器的特点与误差分析
第五章 磁电式传感器
仪器科学与光电工程学院
磁是人们所熟悉的一种物理现象，最简单的把磁 转换成电的磁传感器就是线圈，根据电磁感应定律， 在切割磁通的电路里，产生与磁通相变化速率成正比 的感应电动势。 磁传感器的种类较多，制作传感器的材料有半导 体、磁性体、超导体等，不同材料制作的磁传感器其 工作原理和特性也不相同。 磁电式传感器主要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。 类型： 磁电感应式传感器 霍尔式传感器 磁栅式传感器
应用之三
磁电感应式扭矩仪
扭转角φ与感应电 动势相位差φ 0的 关系： φ 0=z φ z－传感器定子转子 的齿数
第二节 霍尔式传感器
一、工作原理与特性 二、霍尔元件的误差及其补偿 三、应用
返
回
上一页
下一页
霍尔式传感器
工作原理：霍尔效应 测量：电流、磁场、位移、压力、压差、转速 频率响应宽（从直流到微波） 动态范围（输出电动势的变化）大， 无触点，使用寿命长，可靠性高， 易于微型化和集成电路化 缺点：转换率较低，温度影响大 精度较高时必须进行温度补偿
第一节 磁电感应式传感器
它是利用导体和磁场发生相对运动而在 导体两端输出感应电动势的。 是一种机—电能量变换型传感器，不需 要供电电源，电路简单，性能稳定，输出阻 抗小，又具有一定的频率响应范围（一般为 10～1000Hz）。 适用于振动、转速、扭矩等测量。但这 种传感器的尺寸和重量都较大。
工作原理：
