磁电式传感器霍尔传感器(1)
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磁电式传感器结构图分析各种磁电式传感器介绍磁电式传感器是利用电磁感应原理,将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。
它能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号,是一种无源传感器。
磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器,它只适合进行动态测量。
由于它有较大的输出功率,故配用电路较简单;零位及性能稳定。
磁电式传感器的原理结构磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器,它只适合进行动态测量。
由于它有较大的输出功率,故配用电路较简单;零位及性能稳定;利用其逆转换效应可构成力(矩)发生器和电磁激振器等。
根据电磁感应定律,当W匝线圈在均恒磁场内运动时,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,可以设计成变磁通式和恒磁通式两种结构型式,构成测量线速度或角速度的磁电式传感器。
下图所示为分别用于旋转角速度及振动速度测量的变磁通式结构。
变磁通式结构(a)旋转型(变磁));(b)平移型(变气隙)其中永久磁铁1(俗称“磁钢”)与线圈4均固定,动铁心3(衔铁)的运动使气隙5和磁路磁阻变化,引起磁通变化而在线圈中产生感应电势,因此又称变磁阻式结构。
变磁式结构在恒磁通式结构中,工作气隙中的磁通恒定,感应电势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割磁力线而产生。
这类结构有两种,如下图所示。
图中的磁路系统由圆柱形永久磁铁和极掌、圆筒形磁轭及空气隙组成。
气隙中的磁场均匀分布,测量线圈绕在筒形骨架上,经膜片弹簧悬挂于气隙磁场中。
当线圈与磁铁间有相对运动时,线圈中产生的感应电势e为式中B——气隙磁通密度(T);l——气隙磁场中有效匝数为W的线圈总长度(m)为l=laW(la为每匝线圈的平均长度)v——线圈与磁铁沿轴线方向的相对运动速度(ms-1)。
6.1 磁电感应式传感器磁电感应式传感器又称电动势式传感器,是利用电磁感应原理将被测量(如振动、位移、转速等)转换成电信号的一种传感器。
磁通量的变化可以通过很多办法来实现,如磁铁与线圈之间作相对运动;磁路中磁阻的变化;恒定磁场中线圈面积的变化等,一般可将磁电感应式传感器分为磁力线而产生。
这类结构有动圈式和动铁式两种,如图所示。
磁铁与线圈相对运动使线圈切割磁力线,产生与运动速度d x/d t 成正比的感应电动势的可达2kHz左右。
6.1.2 变磁通式磁电感应传感器结构与工作原理变磁通式磁电感应传感器一般做成转速传感器,产生感应电动势的频率作为输出,而电动势的频率取决于磁通变化的频率。
式中:Z为齿轮齿数;电动势频率(Hz)。
这样当已知被测转轴带动椭圆形测量轮5在磁场气隙中等速转动,使气隙平均长度周期性地变化,因而磁路磁阻和磁通也同样周期性地变化,则在线圈3中产生感应电动势,其频率2.振动测量0.7kg 质量1.9工作线圈内阻mV ·s ·cm -45mm×160mm 外形尺寸0.1~1000可测振幅范围≤10%精度5g 最大可测加速度10~500Hz m k 1、8—圆形弹簧片;2—圆环形阻尼器;3—永久磁铁;4—铝架;5—心轴;6—工作线圈;7—壳体;9—引线6.1.3 磁电感应式传感器的应用1.转速测量当转轴不受扭矩时,两线圈输出信号相同,相位差为零。
当被测轴6.2 霍尔式传感器霍尔式传感器是基于一种传感器。
霍尔器件是一种磁传感器,用它们可以检测磁场及6.2.1 霍尔传感器的工作原理1.霍尔效应半导体薄片置于磁感应强度为BC DA磁感应强度B为零时的情况当有图示方向磁场B作用时作用在半导体薄片上的磁场强度霍尔效应演示BCDA当磁场垂直于薄片时,电子受到洛仑兹力的作用,向内、B方向的端面之间建立起霍尔电式中:2.霍尔元件霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片(一般为4经研磨抛光,然后用蒸发合金法或其他方法制作欧姆接触电极,(a) 霍尔元件外形(b)电路符号(c) 基本应用电路3.霍尔元件的主要特性及材料1) 霍尔元件的主要特性参数制所对应的激励电流称为最大允许激励电流。
磁敏式传感器中的磁电式和霍尔式原理及应用磁敏式传感器在许多电子设备中发挥着关键作用,其中磁电式和霍尔式是两种常见的类型。
这两种传感器利用磁感应原理,将磁场强度转换为电信号,从而实现对各种物理量的测量。
本篇文章将详细介绍磁电式传感器和霍尔传感器的原理、应用以及注意事项。
一、磁电式传感器原理及应用磁电式传感器基于磁感应原理,即磁场的变化能够产生电压。
当磁场穿过金属片时,金属片会发生相应的电位差,即电磁感应。
这种传感器通常用于测量速度、长度、位移等物理量。
其工作原理如下:1.结构:磁电式传感器通常由永久磁铁和金属感应片组成。
金属感应片固定在壳体上,通过连接线连接到测量电路。
2.工作原理:当磁场穿过金属感应片时,会产生电动势,其大小与磁场强度成正比。
因此,通过测量电动势,可以确定磁场强度或相应的物理量。
3.应用:磁电式传感器广泛应用于流量计、测速仪、转速表等领域,用于测量流体的流量和速度。
此外,在汽车电子控制系统如ABS防抱死系统、TCS牵引力控制系统等中也发挥着重要作用。
二、霍尔传感器原理及应用霍尔传感器是基于霍尔效应制成的传感器。
当电流通过一个置于磁场中的半导体时,会在电子层面上产生电压,即霍尔电压。
这种传感器能够将磁场强度转换为电信号,从而实现对各种物理量的测量。
1.结构:霍尔传感器通常由半导体、固定磁场和连接线组成。
半导体通常被夹在两个导电片之间,形成一个霍尔电场。
2.工作原理:当电流通过霍尔传感器时,会在霍尔电场上产生电压,即霍尔输出。
霍尔输出的大小与磁场强度成正比,因此通过测量霍尔输出,可以确定磁场强度或相应的物理量。
3.应用:霍尔传感器在各种电子设备中广泛应用,如电流检测、位置测量、转速表、安全气囊控制等。
此外,霍尔传感器还被用于汽车电子控制系统如发动机控制、ABS防抱死系统等。
三、注意事项使用磁敏式传感器时,需要注意以下几点:1.磁场强度:确保磁敏元件工作在适当的磁场强度范围内,以免损坏传感器。
常见的转速传感器原理1 . 霍尔式转速传感器由霍尔开关集成传感器和磁性转盘组成,霍尔式转速传感器的各种不同结构如图1-48 所示。
将磁性转盘的输入轴与被测转轴相连,当被测转轴转动时,磁性转盘便随之转动,固定在磁性转盘附近的霍尔开关集成传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲,检测出单位时间的脉冲数,便可知道被测对象的转速。
磁性转盘上的小磁铁数目的多少,将决定传感器的分辨率。
如图1-48所示。
2.磁电式转速传感器磁电式转速传感器的结构如图1-49 所示。
它是由永久磁铁、线圈、磁盘等组成。
在磁盘上加工有齿形凸起,磁盘装在被测转轴上,与转轴一起旋转。
当转轴旋转时,磁盘的凹凸齿形将引起磁盘与永久磁铁间气隙大小的变化,从而使永久磁铁组成的磁路中磁通量随之发生变化。
有磁路通过的感应线圈,当磁通量发生突变时,会感应出一定幅度的脉冲电势,其频率为:3.光电式转速传感器常见的光电式转速传感器有直射式和反射式两种。
直射式输入轴与待测轴相接,光通过开孔圆盘和缝隙板照射在光敏元件上。
开孔盘旋转一周,光敏元件接受光的次数等于盘上的开孔数。
若开孔数为m,记录过程时间为t秒,总脉冲数为N,则转速为:反射型的光电传感器如图1-50所示。
其前端部分采用光纤封装,适应微小物体,特别是微小旋转体的测量。
由于传感器内装有光源(LED)、感光元件(光电晶体管)以及放大器等,所以体积设计得很小,使用方便。
光源是经过频率调制的,所以抗干扰性强,还有状态显示,可供用户测量时确认工作状态。
振荡回路用来产生一个调制频率来点亮光源发光二极管,采用不稳定多谐振荡方式,振荡频率约为7kHz,脉宽约25μs。
从光源发射出来的脉冲光,经过被检测物体的反射,被传感器的光电晶体管所接受,然后经过交流放大器,被放大到适当的电平后,进行检波和积分,再转换成直流电压信号。
然后是波形整形,与一定的直流电压相比较,高于此值,输出为Hi,低于此值,输出为Lo。
状态指示灯也是,输出高电平Hi时,LED点亮,输出低电平Lo时,LED不亮,以作为状态确认用。