霍尔传感器小综述
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霍尔传感器工作原理1. 引言霍尔传感器是一种常用于测量磁场的传感器,它基于霍尔效应原理工作。
本文将详细介绍霍尔传感器的工作原理及其应用领域。
2. 霍尔效应的基本原理霍尔效应是指当电流通过一块导体时,如果该导体处于磁场中,就会在导体的两侧产生一种电压差,这种现象被称为霍尔效应。
霍尔效应的基本原理是磁场对电子的偏转和电子在导体中的运动轨迹。
3. 霍尔传感器的结构霍尔传感器通常由霍尔元件、放大器和输出电路组成。
霍尔元件是传感器的核心部件,它是一种半导体材料,具有特殊的电子结构,能够感知磁场的变化。
放大器负责放大霍尔元件产生的微弱电压信号,以便进行后续的处理和分析。
输出电路将放大后的信号转化为可用的电压或者电流输出。
4. 霍尔传感器的工作原理当霍尔传感器处于磁场中时,磁场会对霍尔元件中的电子进行偏转。
根据霍尔效应,偏转后的电子会在霍尔元件的两侧产生电压差。
这个电压差与磁场的强度和方向成正比。
通过测量霍尔元件两侧的电压差,可以确定磁场的强度和方向。
5. 霍尔传感器的应用领域霍尔传感器具有广泛的应用领域,以下是几个常见的应用示例:- 电动汽车:霍尔传感器可以用于检测电动汽车中机电的转速和位置,从而实现精确的控制和调节。
- 磁条读卡器:霍尔传感器可以用于读取磁条卡上的信息,如银行卡、身份证等。
- 电流测量:霍尔传感器可以用于测量电流,特殊适合于高电流的测量场景,如电力系统中的电流监测。
- 磁力测量:霍尔传感器可以用于测量磁力的大小和方向,广泛应用于磁力计、磁力传感器等领域。
6. 霍尔传感器的优缺点- 优点:- 非接触式测量:霍尔传感器不需要与被测物直接接触,可以实现非接触式测量,避免了物体磨损和污染。
- 高精度:霍尔传感器具有高精度的测量能力,可以实现弱小磁场的测量。
- 快速响应:霍尔传感器的响应速度快,可以实时获取磁场变化的信息。
- 缺点:- 受温度影响:霍尔传感器的工作性能受温度影响较大,需要进行温度补偿。
霍尔传感器参数霍尔传感器是一种常用的非接触式传感器,利用霍尔效应原理来检测磁场的变化,从而转化为电信号输出。
它在工业自动化、电动车辆、医疗设备等领域有着广泛的应用,因此对于霍尔传感器的参数了解十分重要。
本文将从霍尔传感器的工作原理、应用领域以及相关参数进行详细介绍。
一、霍尔传感器的工作原理霍尔传感器利用霍尔效应实现非接触式探测磁场。
其原理是当导体中的电流在一个垂直于电流方向的磁场中运动时,便会产生横向电压差,这种现象称为霍尔效应。
利用这一效应,霍尔传感器可以通过检测磁场的变化来输出电信号,实现对物体的触发和检测。
二、霍尔传感器的应用领域1. 工业自动化:在自动控制系统中,霍尔传感器可用于检测物体的位置、速度、方向等参数,广泛应用于机械设备、流程控制、传送带等方面。
2. 电动车辆:在电动车辆中,霍尔传感器被用于检测电机的转速、位置和控制电机的开关,是电动车辆动力系统中重要的传感器之一。
3. 医疗设备:在医疗设备中,霍尔传感器可以用于检测人体的生理参数,如心跳、血氧饱和度等,为医疗诊断和监控提供重要的数据支持。
三、霍尔传感器的参数1. 灵敏度:霍尔传感器的灵敏度是指在单位磁场变化下产生的输出电压变化量,通常以mV/G或mV/T来表示。
2. 饱和磁场:霍尔传感器的饱和磁场是指传感器能够测量的最大磁场强度,一般以高斯(G)或特斯拉(T)为单位。
3. 工作温度范围:霍尔传感器的工作温度范围是指传感器在正常工作条件下能够承受的最高温度和最低温度。
4. 特性温度系数:霍尔传感器的特性温度系数描述了其输出信号随温度变化的变化率,通常以ppm/°C表示。
5. 输出电压:霍尔传感器的输出电压是指在特定磁场条件下产生的电压信号,通常以毫伏(mV)为单位。
四、霍尔传感器的选型注意事项在选择霍尔传感器时,需要考虑以下几个方面的因素:1. 应用场景:根据具体的应用领域和要求来选择合适的霍尔传感器,如工业自动化、车辆控制、医疗设备等。
霍尔传感器霍尔传感器是一种利用霍尔效应来测量或检测磁场的传感器。
霍尔效应是由于载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用而产生的电势差现象。
它广泛应用于电子设备、汽车工业、医疗设备等领域,其中包括电流检测、位置检测、速度检测等。
霍尔传感器基于霍尔效应的原理,通过测量磁场的变化来检测物体的位置或运动。
它由霍尔元件、前置放大器、输出阻抗等组成。
当磁场施加在霍尔传感器上时,霍尔元件产生电势差,前置放大器将其放大并输出。
根据霍尔效应的特性,霍尔传感器能够实现高灵敏度和高稳定性的磁场测量。
从工作原理上来说,霍尔传感器可以分为线性霍尔传感器和开关霍尔传感器两种类型。
线性霍尔传感器通过测量输入磁场的大小和方向来输出相应的电压信号,可以实现连续的磁场测量。
开关霍尔传感器则在磁场超过一定阈值时切换输出状态,可用于检测磁场的开关状态。
在汽车工业中,霍尔传感器被广泛应用于车速仪、转向控制和传感器、制动和离合控制等方面。
例如,车速仪中使用了霍尔传感器来测量车轮的转速,从而计算出车辆的速度。
转向控制和传感器中使用的霍尔传感器可以检测转向角度的变化,并相应地控制车辆的转向系统。
制动和离合控制中的霍尔传感器则用于检测离合器和刹车踏板的位置,实现车辆的制动控制。
另外,霍尔传感器还广泛应用于电子设备中。
例如,智能手机和平板电脑中常常使用霍尔传感器来检测翻盖状态,从而控制屏幕的开启和关闭。
医疗设备中的心率计也使用了霍尔传感器来测量心脏的跳动频率。
此外,霍尔传感器还可以用于电流检测、位置检测、速度检测等方面。
总的来说,霍尔传感器是一种重要的磁场检测设备,具有高灵敏度和高稳定性的特点。
它在电子设备、汽车工业和医疗设备等领域中有着广泛的应用。
随着科技的不断进步,霍尔传感器的性能也会不断提升,为各个领域的磁场检测提供更好的解决方案。
霍尔传感器总结1. 引言霍尔传感器是一种广泛应用于电子设备中的传感器,它可以用于检测磁场的存在和强度。
相比于传统的接触式传感器,霍尔传感器具有非接触式、高精度、高灵敏度等优势,因此在许多领域使用广泛。
本文将对霍尔传感器进行总结,包括原理、分类、应用和市场前景等内容。
2. 霍尔传感器原理霍尔传感器的工作原理基于霍尔效应,在一定情况下,导体中通过的电流会受到磁场的影响。
当一个电流通过置于磁场中的导体时,导体内会产生一个由电场力引起的霍尔电压,这个现象被称为霍尔效应。
霍尔传感器利用霍尔效应来检测磁场的存在和强度。
3. 霍尔传感器分类根据霍尔传感器的工作原理和结构特点,可以对其进行不同的分类:3.1 线性霍尔传感器线性霍尔传感器可以精确地测量磁场的强度,并输出与之对应的电压或电流信号。
它们通常用于测量磁场的大小,如磁铁的磁场强度等。
3.2 开关式霍尔传感器开关式霍尔传感器可以根据磁场的存在与否,输出高电平或低电平信号。
它们通常用于检测磁场的开关状态,如检测磁铁的位置或检测金属物体的接近程度等。
3.3 旋转式霍尔传感器旋转式霍尔传感器可用于测量旋转物体的角度或位置。
通过将一个磁场源固定在旋转物体上,当旋转物体转动时,磁场的变化会被霍尔传感器检测到,并转换为相应的电信号输出。
这种传感器常用于测量舵机、电机等旋转设备的角度。
4. 霍尔传感器应用由于霍尔传感器具有非接触式、高精度、高灵敏度等特点,因此在许多领域得到了广泛的应用,包括但不限于以下几个方面:4.1 电子设备领域•磁性存储设备:用于读取和写入磁盘驱动器中的数据。
•磁卡读卡器:用于读取信用卡和身份证等磁卡信息。
•磁传感器:用于测量电流、速度、加速度等参数。
•磁场导航传感器:用于手机、平板电脑等设备的方向感应和指南针功能。
4.2 汽车行业•飞轮传感器:用于测量引擎转速。
•节气门传感器:用于测量引擎负荷和控制油门开度。
•刹车传感器:用于测量刹车系统的状态,如制动液压力等。
霍尔电流传感器技术综述摘要:本文对霍尔电流传感器的基本原理、工作方式、应用领域、发展现状等进行了综述,重点介绍了霍尔电流传感器在电力系统、工业控制、汽车电子等领域的应用,并对未来的发展趋势进行了展望。
一、引言霍尔电流传感器是一种基于霍尔效应原理的电流传感器,其主要作用是将被测电流转换为电压信号输出。
随着电力系统、工业控制、汽车电子等行业的发展,对电流传感器的精度、稳定性、可靠性等方面的要求越来越高,而霍尔电流传感器具有响应速度快、精度高、体积小、安装方便等优点,因此在上述领域中得到了广泛的应用。
二、霍尔电流传感器的基本原理霍尔效应是指当导体中存在电流时,会在垂直于电流方向的方向上产生电势差,这种现象被称为霍尔效应。
霍尔电流传感器利用霍尔效应实现电流的测量,其基本原理如下:当电流通过导体时,在导体上产生一定的磁场,如果在导体旁边放置一块半导体材料,当材料中的载流子受到磁场的影响时,将会在半导体中产生电势差,这个电势差与电流大小成正比,方向与磁场方向、电流方向以及载流子类型有关。
通过测量半导体中的电势差,就可以得到被测电流的大小。
三、霍尔电流传感器的工作方式霍尔电流传感器的工作方式主要分为两种:开环式和闭环式。
开环式霍尔电流传感器的工作原理是将被测电流通过导体,产生磁场,进而影响半导体中的载流子,产生电势差,输出电压信号。
开环式霍尔电流传感器的输出电压与被测电流成正比,但由于磁场的影响,输出电压的大小可能会受到外界干扰的影响,因此开环式霍尔电流传感器的精度相对较低。
闭环式霍尔电流传感器的工作原理是将被测电流通过导体,产生磁场,进而影响磁芯中的磁通量,磁通量的变化又会影响半导体中的载流子,产生电势差,输出电压信号。
闭环式霍尔电流传感器的输出电压与被测电流成正比,但由于磁通量的影响,输出电压的大小不会受到外界干扰的影响,因此闭环式霍尔电流传感器的精度相对较高。
四、霍尔电流传感器的应用领域1. 电力系统在电力系统中,霍尔电流传感器主要用于电能质量监测、电力仪表校验、电流保护等方面。
霍尔电流传感器工作原理一、引言霍尔电流传感器是一种常用的非接触式电流传感器,广泛应用于电力系统、工业自动化、电动车辆等领域。
本文将详细介绍霍尔电流传感器的工作原理及其相关内容。
二、霍尔效应简介霍尔效应是指当导电材料中有电流通过时,垂直于电流方向的磁场会产生电势差。
这种现象被称为霍尔效应,其基本原理是磁场对载流子的偏转作用。
霍尔电流传感器利用了这一效应来测量电流大小。
三、霍尔电流传感器结构霍尔电流传感器通常由霍尔元件、磁场引导板和信号处理电路组成。
1. 霍尔元件:霍尔元件是霍尔电流传感器的核心部件,它是一种半导体器件,常用的有霍尔元件A、B、C等类型。
当电流通过霍尔元件时,磁场会引起霍尔元件中的载流子发生偏转,从而产生电势差。
2. 磁场引导板:磁场引导板是为了增强磁场对霍尔元件的作用而设计的。
它通常由铁磁材料制成,能够集中磁场线,使其尽可能垂直地通过霍尔元件,提高测量的精度和灵敏度。
3. 信号处理电路:霍尔电流传感器的信号处理电路用于放大和处理霍尔元件输出的微弱电压信号,以得到准确的电流测量结果。
信号处理电路通常包括放大器、滤波器、模数转换器等。
四、霍尔电流传感器工作原理霍尔电流传感器的工作原理可以简述为:当被测电流通过霍尔电流传感器时,磁场会引起霍尔元件中的载流子发生偏转,从而产生电势差。
通过信号处理电路对这个电势差进行放大和处理,最终得到与被测电流成正比的输出电压信号。
具体来说,霍尔电流传感器的工作原理如下:1. 电流输入:被测电流通过霍尔电流传感器的导线,产生磁场。
2. 磁场作用:磁场引导板将磁场集中并垂直地作用于霍尔元件上。
磁场的强度与被测电流成正比。
3. 载流子偏转:磁场作用下,霍尔元件中的载流子(通常是电子)会发生偏转,形成电势差。
4. 电势差测量:霍尔元件的两侧接有电势差测量电路,用于测量霍尔元件产生的电势差。
5. 信号处理:信号处理电路对电势差进行放大和处理,得到与被测电流成正比的输出电压信号。
霍尔传感器
霍尔传感器(Hall Sensor)是一种基于霍尔效应原理工作的传感器,用于检测和测量磁场强度。
它可以将磁场变化转换为电信号,并提供相应的输出。
以下是关于霍尔传感器的一些重要信息:
工作原理:霍尔传感器利用了霍尔效应,即当导体中有电流通过时,垂直于电流方向的磁场会产生一个横向电势差(霍尔电压)。
通过将霍尔元件(通常是半导体材料)置于磁场中,霍尔传感器可以测量磁场的强度和方向。
类型:霍尔传感器根据其结构和功能的不同,可以分为多种类型,包括:
●线性霍尔传感器:用于测量线性磁场强度,例如位置、位
移和速度等参数。
●开关霍尔传感器:用于检测磁场的开关状态,例如接近开
关、磁门禁等应用。
应用领域:霍尔传感器广泛应用于许多领域和应用,如:
●汽车工程:用于车辆速度、转向角度、刹车系统等的检测
与控制。
●工业自动化:用于位置检测、物体识别、转速监测等。
●电子设备:用于开关控制、磁条卡读取器、磁盘驱动器等。
优点:
●非接触式测量:霍尔传感器无需物理接触被测对象,可以
实现非接触式的测量。
●响应速度快:由于不需要机械部件,霍尔传感器具有快速
响应的特点。
●耐用性好:霍尔传感器通常具有良好的耐久性和可靠性。
注意事项:在使用霍尔传感器时,请注意以下要点:
●磁场影响:外部磁场可能对传感器产生干扰,因此需要避
免强磁场的影响。
●工作温度范围:确保选择的霍尔传感器适用于所需的工作
温度范围内。
最佳实践是参考制造商提供的文档和指南,了解特定型号和
设计的霍尔传感器的详细信息,并按照适当的操作和安装程序来使用。
霍尔传感器原理
霍尔传感器是一种基于霍尔效应工作的传感器设备。
它利用霍尔效应来测量感知器件附近磁场的强度和方向。
霍尔效应指的是当电流通过具有磁场的导体时产生电压差的现象。
在霍尔传感器中,通常使用霍尔元件作为磁场感知器件。
霍尔元件由半导体材料制成,通常为弯曲形状,具有三个接口:电源接口(VCC),接地接口(GND)和输出接口(OUT)。
当一个
磁场作用于霍尔元件时,电子会受到洛伦兹力的作用而产生一个偏转,使电子流的方向有所改变。
这种偏转将导致在OUT
接口处产生一个电压差。
根据磁场的强度和方向不同,霍尔传感器的输出电压也会发生变化。
例如,当磁场垂直于霍尔元件的面时,输出电压达到最大值;而当磁场平行于霍尔元件的面时,则输出电压为零。
根据这个原理,可以通过测量输出电压的大小来确定磁场的强度和方向。
霍尔传感器具有灵敏度高、响应速度快、耐用等优点,被广泛应用于自动控制、测量仪器和电子设备等领域。
在汽车行业中,霍尔传感器常被用于测量车速、曲轴位置和转向角度等参数。
另外,霍尔传感器还可用于磁卡阅读器、磁场计和磁力计等设备中。
总的来说,霍尔传感器基于霍尔效应原理,通过测量输出电压的变化来感知附近磁场的强度和方向。
它是一种常用且可靠的磁场传感器,在多个领域都有广泛的应用前景。
霍尔传感器一.概述霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族,并已得到广泛的应用。
霍尔器件具有许多优点,它们的结构牢固,体积小,重量轻,寿命长,安装方便,功耗小,频率高(可达1 MHz),耐震动,不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
霍尔线性器件的精度高、线性度好;霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高(可达微米级)。
并且取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽,可达-55℃~150℃。
霍尔元件应用非常广泛,例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等,转变成电量来进行检测和控制。
二.工作原理在磁场中垂直放置一块通有电流的金属或半导体薄片,薄片的两侧之间就会产生电动势,这种现象叫做霍尔效应。
图1如图1所示,在一个N 型半导体薄片相对的两侧面通以控制电流I,在薄片的垂直方向加以磁场B,则由于洛仑兹力作用于半导体载流片两端,产生一个与控制电流I和磁场B乘积成正比的电动势,即霍尔电动势U H=IB式中——元件的灵敏度,它不仅取决于材料,而且与元件的几何尺寸有关。
霍尔元件就是在霍尔效应原理的基础上制成的。
由于霍尔效应在高纯度半导体中表现显著,因此霍尔元件一般选用高纯度、高迁移率的半导体材料。
主要有:锗、硅、砷化镓、砷化锢、锑化铟等。
霍尔元件结构简单,它是由霍尔片,四根引线和壳体组成,图2所示为其图形符号。
图2三.影响测量精确度的因素及一般补偿措施1.元件材料的影响元件材料的化学成分、结构、电极接点的大小等因素对霍尔电动势都有很大的影响。
例如:锗材料元件的温度性能和线性度都比较好,但输出电动势较小;锑化铟的输出电动势较大,但易受温度影响,等等。
元件的几何尺寸对传感器的灵敏度影响也很大。
另外按理想元件的要求,控制电流端的电极应是良好的面接触,而霍尔电极是点接触。
这就要求按照传感器的具体用途来选取元件的材料,如当需要的输出电动势较大时,可选锑化铟,但它受温度影响较大;如果需要克服温度的影响,就选择砷化铟,或者选锗材料的霍尔元件。
再如其灵敏度与厚度成反比,长与宽的比也是对输出电动势很有影响的参数,原则上说霍尔元件应越薄越好、长宽比越大越好。
2.不等位电动势的影响不等位电动势也叫传感器输出电压的零位误差,是由于制作霍尔元件时不可避免地使电动势的极点不在同一等位面上而形成的,它对测量结果的影响是直接的,对它的补偿通常要采取桥式等效电路法,如图3所示为几种补偿线路。
图33.寄生直流电动势的影响寄生直流是由于霍尔元件电极的不完全欧姆接触造成整流效应以及焊点的大小不一致产生温差所形成的,它也会导致零位误差,对霍尔电动势产生直接影响。
对它的补偿要求在元件的制作和安装时,应尽量改善电极的欧姆接触性能和元件的散热条件。
4.感应电动势的影响霍尔元件在交变电磁场中工作时,即使不加控制电流,由于霍尔传感器引线布置的不合理,在输出回路中也会产生附加感应电动势。
这一霍尔感应电动势正比于磁场的变化频率和磁感应强度的幅值,并且和霍尔电动势极引线构成的感应面积成正比。
所以,要减小感应电动势给霍尔电动势带来的影响,除了合理布线外,还可以在磁路气隙中安置另一辅助霍尔元件,如果两个元件特性相同,可以起到显著的补偿效果。
5.温度的影响霍尔元件与一般半导体元件一样,对温度的变化十分敏感,这是因为半导体材料的电阻率、迁移率和载流子浓度等随温度变化的缘故。
温度补偿一般除选用温度系数小的元件、采用恒温措施、用恒流源供电等外,还要结合其它补偿电路,如图4所示。
图4在控制电流极并联一个合适的补偿电阻r0,这个电阻起分流作用。
当温度升高时,霍尔元件的内阻迅速增加,导致通过元件的电流减小,而通过补偿电阻r0的电流却增加。
这样就能够自动调节通过霍尔元件的电流的大小,从而起到补偿的作用。
四.霍尔传感器的应用1.全自动照明控制系统的设计霍尔开关是开关型霍尔集成电路的一种应用形式,如图5为霍尔开关集成传感器的内部框图。
霍尔开关可以控制反相器输出端高低电平的变化。
当有磁场作用在霍尔开关上时,根据霍尔效应原理,霍尔元件输出霍尔电压U H,该电压经放大器放大后,送至施密特整形电路。
当放大后的霍尔电压大于“开启”阈值时,施密特电路翻转,输出高电平,使三极管VT导通,并具有拉流的作用,整个电路处于“开”状态。
当磁场减弱时,霍尔元件输出的U H电压很小,经放大器放大后其值还小于施密特的“关闭”阈值时,施密特整形器又翻转,输出低电平,使三极管VT 截止,电路处于“关”状态。
这样,一次磁场强度的变化,就使传感器完成了一次开关动作。
图5首先,开关型霍尔集成电路输出的是数字信号,“0”代表低电平,“1”代表高电平。
其次,需要使用磁性物体作为其接近物体,通过霍尔开关检测磁性物体的存在与否,达到控制开关通、断的目的。
设计思路:当开门后,照明灯就自动点亮;关门后,照明灯熄灭。
因此,可以把开、关门作为装置工作的信号。
开、关门时,门和门框就都会产生相对的位移,如果可以使门具有磁性,门框具有和霍尔开关一样检测磁性物体能力,那么就能形成一个开关。
因此,可以在门上安装一块磁钢,把霍尔开关安装在门框上,用霍尔开关检测门开、关的状态,作为装置的开关信号。
霍尔开关的具体实现方式示意图如图6示。
霍尔开关(用B表示)安装在门框上,磁钢安装在门的上边框上。
当关门时,磁钢刚好在霍尔开关正下方,且靠近霍尔开关,利用霍尔开关检测面的霍尔效应,使开关内部电路状态发生变化,霍尔开关能感受到磁钢的存在。
当开门时,磁钢离开霍尔开关,没有磁场通过检测面,检测面不发生霍尔效应,感知到没有磁性物体存在。
霍尔开关输出特性如图7示。
通过霍尔开关就可以自动控制房间内电灯的开与关,方面了日常生活,同时也可以减少不必要的浪费。
图6 图7电路原理设计:将220V 50Hz的市电交流电源经降压、整流、滤波、稳压转变成12V的直流稳压电源供开关霍尔传感器和计数/脉冲分配器使用。
通过开关霍尔传感器将房门的开关动作信号转变为电信号,十进制CD4017计数/脉冲分配器接收该电信号,并将该电信号转变为控制信号,然后控制信号触发双向可控硅导通,进而控制房间照明灯的开关。
其原理框图如图8所示。
图8该系统使照明过程实现了全自动控制,提高了安全性能,有比较明显的节能作用,同时制作简便,成本低廉,适应范围广,可纳入楼宇的智能控制系统中。
当然也存在一些缺陷。
比如,许多人没有关门的习惯会导致照明灯成为“长明灯”,起不到节约电量的目的。
也有人会进入房间后就把门关上导致照明灯不亮,起不到照明的作用。
2.霍尔式自动供水设备设计霍尔式自动供水装置的结构如图9所示。
锅炉中的水由电磁阀控制流出与关闭,电磁阀的打开与关闭,则受控于控制电路。
当用水者打水时,需将铁制的取水卡从投放口投入,取水卡沿非磁性物质制作的滑槽向下滑行,当滑行到磁传感器部位时,传感器输出信号控制电路驱动电磁阀打开,让水从水龙头流出。
经延时一定时间后,控制电路使电磁阀关闭,水流停止,又恢复到停止供水状态。
图93. 钢丝绳探伤仪背景:客运索道具有投资少,对地形适应力强,运载量较大,无噪声无污染等特点,尤其适合地形复杂的地区,如风景名胜地等。
而客运索道运载索长期暴露在户外,承受风、霜、冰、雪、雨等恶劣自然条件的严峻考验。
恶劣工作条件往往造成客运索道运载索过早产生腐蚀、磨损、疲劳、断丝、变形等缺陷,严重威胁到客运索道的安全运行。
通常, 为了防止钢丝绳崩断, 采取定期更换的办法,但这并不是保障人员及设备安全的可靠方法。
实际上,经常出现人身伤亡及设备坠毁的重大事故。
近年来随着钢丝绳无损探伤技术的不断发展,钢丝绳探伤仪以其便捷、高效等优点,越来越多地被应用在客运索道运载索的检测上。
基本原理:采用电磁法,永磁体将钢丝绳的被测区域沿轴向磁化至饱和,钢丝绳内的磁感应强度保持恒定,置于钢丝绳表面附近的霍尔传感器测量钢丝绳的轴向主磁通,根据穿过钢丝绳的磁通量与钢丝绳的横截面积成正比,可以检测钢丝绳的截面损失;对于钢丝绳局部损伤,断口处会产生漏磁场,此时磁路中磁力线要发生畸变,如图10所示,畸变的磁力线分为三部分。
其中一部分直接穿过缺陷;第图10二部分经过裂纹周围的铁磁材料而绕过裂纹;第三部分则离开铣磁材料表面通过空气而绕过裂纹. 这第三部分磁通就是被我们利用来检测的泄漏磁通。
如能够通过霍尔传感器测量钢丝绳表面的漏磁,可判断钢丝绳的局部损伤情况。
应用虚拟仪器技术,由计算机直接采集霍尔传感器的检测信号进行处理,显示、打印检测结果。
根据理论和大量实验,推导出泄漏磁通与缺陷(几种模型)几何参数关系的数学模型:式中:ΦD : 泄漏磁通(Wb) ;μre :铁磁材料的相对磁导率(H/m);T :缺陷深度(m) ;S :缺陷宽度(m) ;F ml :缺陷的非线性场强充布因子;由公式可知ΦD -T和ΦD-S的关系,如图11所示。
图11可见,当固定缺陷宽度为一定值,泄漏磁通与缺陷深度大致成线性关系。
当固定缺陷深度为一定值时,随着缺陷宽度的增加,外泄漏磁通有所增加。
而当缺陷宽度增大到一定值时,外泄漏磁通几乎不再发生变化。
这一结沦是实现定量测量钢丝绳内外损伤的理论依据。
铁磁材料的磁导率在H较大时,是随着外加磁场增大而逐渐降低,导致检测灵敏度下降。
但是,如果施加场强选得过低就会出现磁通偶极子效应以及缺陷周围的铁磁材料对试件内部的缺陷存在着磁屏蔽效应使内部缺陷不易检测出。
综台上述两种相反的影响因素,选在试件磁化曲线的拐点处,如图12所示,A点就是试件磁化的最佳工作点。
图12 检测实现的方案可由图13所示。
当运载索通过传感器时,传感器中的永久磁钢同步轴向深度磁化运载牵引索,并达到饱和。
运载牵引索的断丝、磨损等缺陷同步产生向外扩散的漏磁场和磁通变化,向空间扩散的信号经传感器集聚和处理,通过AD接口,输入PC机。
PC机中的处理软件对信号进行处理,经去噪、识别并和其中的专家数据库中的数据进行比对,以明确的定量数值显示运载牵引索内外断丝、锈蚀、磨损、金属截面积变化,按现行标准提出运载牵引索安全性和使用寿命诊断评价报告。
图13参考文献:1.陈国华. CD4017集成电路应用200例[M].北京:人民邮电出版社, 1996:56.2.欧文雄. 可控硅原理、应用、实作[M].香港t启学出版社, 1998:38—42.3.张寿安.霍尔效应在位置控制中的应用[J].长沙铁道学院学报:社会科学版,2005,6(2):208-209.4.朱蕴璞.传感器原理及应用[M].国防工业出版社,20055.张友汉.数字电子技术基础[M].高等教育出版社,20046.Kalwa E and Pi ekarski K. Detection of defects in a Steel Rope with the Ilall—Effect M agneti c P robe C S N D T Journal, 19867.张雷 黄声义《MTC钢丝绳探伤仪在客运索道运载索检测中有关问题的改进》。