磁传感器分为:磁传感器

2021/12/25 02:28 · 传感器知识资讯 ·  · 磁传感器分为:磁传感器已关闭评论
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磁传感器分为:磁传感器收藏查看我的收藏0有用+1已投票0磁传感器语音编辑锁定讨论上传视频上传视频本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目审核。磁传感器是把磁场、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

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磁传感器
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磁传感器是把磁场、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。
中文名
磁传感器
什 么
变化转换成电信号
三 类
指南针、磁场感应器、位置传感器
特 点
高灵敏度
目录
1
定义
2
发展趋势
3
发展历程
4
应用与市场
磁传感器定义
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磁传感器是把磁场、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。大生活中用到很多磁传感器,比如说指南针,电脑硬盘、家用电器等等。
磁传感器发展趋势
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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屏蔽,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。
磁传感器发展历程
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磁传感器的发展,在上世纪70~80 年代形成高潮。90 年代是已发展起来的这些磁传感器的成熟和完善的时期。(1) 集成电路技术的应用。将硅集成电路技术用于磁传感器,开始于1967 年。Honeywell 公司Mi2croswitch 分部的科技人员将Si 霍尔片和它的讯号处理电路集成到一个单芯片上,制成了开关电路,首开了单片集成磁传感器之先河。已经出现了磁敏电阻电路、巨磁阻电路等许多种功能性的集成磁传感器。(2) InSb 薄膜技术的开发成功,使InSb 霍尔元件产量大增,成本大幅度下降。最先运用这种技术获得成功的日本旭化成电子公司,如今可年产5 亿只以上。(3) 强磁性合金薄膜。1975 年面市的强磁合金薄膜磁敏电阻器利用的是强磁合金薄膜中的磁敏电阻各向异性效应。在与薄膜表面平行的磁场作用下,以坡莫合金为代表的强磁性合金薄膜的电阻率呈现出2 [%]~5 [%]的变化。利用这种效应已制成三端、四端磁阻器件。四端磁阻桥已大量用于磁编码器中,用来检测和控制电机的转速。此外,还作成了磁阻磁强计、磁阻读头以及二维、三维磁阻器件等。它们可检测10 - 10~10 - 2 T 的弱磁场,灵敏度高、温度稳定性好, 将成为弱磁场传感和检测的重要器件。(4) 巨磁电阻多层膜。由不同金属、不同层数和层间材料的不同组合,可以制成不同的机制的巨磁电阻(giant magneto - resistance) 磁传感器。它们呈现出的随磁场而变化的电阻率,比单层的各向异性磁敏电阻器的要高出几倍,正受到研制高密度记录磁盘读出头的科技人员的极大关注,已见有5 G字节的自旋阀头的设计分析的报导。(5) 各种不同成分和比例的非晶合金材料的采用,及其各种处理工艺的引入,给磁传感器的研制注入了新的活力,已研制和生产出了双芯多谐振荡桥磁传感器、非晶力矩传感器、压力传感器、热磁传感器、非晶大巴克豪森效应磁传感器等[4 ] 。发现的巨磁感应效应(giant magneto inductive effect) 和巨磁阻抗效应(giant magneto - impedance effect) ,比巨磁电阻的响应灵敏度高一个量级,可能做成磁头,成为高密度磁盘读头的有力竞争者。利用非晶合金的高导磁率特性和可做成细丝的机械特性,将它们用于磁通门和威根德等器件中,取代坡莫合金芯,使器件性能得到大大的改善。(6) Ⅲ- Ⅴ族半导体异质结构材料。例如,在InP 衬底上用分子束外延技术生长In0. 52Al0. 48As/In0. 8Ga0. 2As ,形成假晶结构,产生二维电子气层,其层厚是分子级的,这种材料的能带结构发生改变。用这种材料来制作霍尔元件,其灵敏度高于市售的InSb 和GaAs 元件,在296 K时为22. 5 V/ T ,灵敏度的温度系数也有大的改善,用恒定电流驱动时,为-0. 0084 [%]/ K。用这种材料,除可制造霍尔器件外,还可用以制造磁敏场效应管、磁敏电阻器等。在国外,由于磁传感器已逐渐被广泛而大量地使用 。(6)磁隧道结。早在1975年,Julliere就在Co/Ge/Fe磁性隧道结(MagneticTunnelJunctions,MTJs)(注:MTJs的一般结构为铁磁层/非磁绝缘层/铁磁层(FM/I/FM)的三明治结构)中观察到了TMR效应
[1]
。MTJs中两铁磁层间不存在或基本不存在层间耦合,只需要一个很小的外磁场即可将其中一个铁磁层的磁化方向反向,从而实现隧穿电阻的巨大变化,故MTJs较金属多层膜具有高得多的磁场灵敏度。同时,MTJs这种结构本身电阻率很高、能耗小、性能稳定。因此,MTJs无论是作为读出磁头、各类传感器,还是作为磁随机存储器(MRAM),都具有无与伦比的优点,其应用前景十分看好,引起世界各研究小组的高度重视
[2]

磁传感器应用与市场
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磁传感器的应用十分广泛,已在国民经济、国防建设、科学技术、医疗卫生等领域都发挥着重要作用,成为现代传感器产业的一个主要分支。在传统产业应用和改造、资源探查及综合利用、环境保护、生物工程、交通智能化管制等各个方面,它们发挥着愈来愈重要的作用。下面就一些重要方面的应用作一论述。磁传感器的产业应用磁传感器已经在许多领域获得了产业性的应用,每年所需用的磁传感器的总数量以数十亿计。1.1 电机工业无刷电动机具有体积小、重量轻、效率高、调速方便、维护少、寿命长、不产生电磁干扰等一系列优点,年需求量数以亿计。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。许多磁传感器,霍尔器件、威根德器件、磁阻器件等都可以使用,但大量使用的,主要是霍尔器件。电机的转速检测和控制使用了的旋转编码器,过去多用光编码器。磁编码器的使用显示出越来越多的优点,正在逐渐取代光学器件。使用磁传感器还可以对电机进行过载保护(主要用霍尔电流传感器)及转矩检测。1.2 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(交流变频器用于电机调速,节能效果极好)。这些变流装置的核心,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。使用变流技术可以大量节能,国外使用的电能95%是经过变换来的,国内变流技术虽已受到高度重视,但仅有5%的电能经过这种变换,可见具有巨大的应用前景。其中,可能吸纳大量的电流传感器,是磁传感器的又一巨大的产业性应用领域。1.3 能源管理电网的自动检测系统需采集大量的数据,经计算机处理之后,对电网的运行状况实施监控,并进行负载的分配调节和安全保护。自动监控系统的各个控制环节,都可用以磁传感器为基础的电流传感器、互感器等来实现。霍尔电流传感器已逐步在电网系统中得到应用。用霍尔器件作成的电度表已从研制逐步转向实用化,它们可自动计费并可显示功率因数,以便随时进行调整,保证高效用电。1.4 计算机技术与信息读写磁头磁信息记录装置除磁带、磁盘等之外,还有磁卡、磁墨水记录帐册、钞票的磁记录等,对磁信息存储和读出传感器有巨大需求。感应磁头,薄膜磁阻磁头,非晶磁头等都获得了大量的使用。随着记录密度的提高,例如高到100G字节,需要更高灵敏度和空间分辨力的磁头。以多层金属薄膜为基础的巨磁阻磁头、用非晶合金丝制作的非晶合金磁头、巨磁阻抗磁头等正展开激烈的竞争。1.5 汽车工业在汽车中,使用大量的电机(高级汽车每辆约需40~60台电机,一般汽车中也有15台,这些电机呈现出无刷化趋势),其中使用磁传感器的数量之大,不言而喻;另一个大量使用磁传感器的是汽车的ABS系统(防抱制动系统),平均每台汽车要使用4~6只速度传感器,使用的主要是感应式速度传感器。正在逐步推广的新型的霍尔齿轮传感器,以及威氏器件、非晶器件、磁阻器件等即将进入这一领域。另外是汽车发动机系统点火定时用的速度传感器及点火器。这些方面也主要使用感应传感器。霍尔齿轮传感器和霍尔片开关已经在一些车型中使用。据霍尼威尔公司报导,截止1996年6月,他们已向汽车工业供应了8000万只霍尔翼片开关和300万只霍尔齿轮速度传感器。据预测,未来在一辆汽车中,将采用30多只象霍尔传感器那样的磁传感器。还有在工业自动控制、机器人、办公自动化、家用电器及各种安全系统等领域,除大量使用无刷直流电机,交流变频器等之外,在电冰箱、空调器、电饭煲等装置中,使用了大量的磁性温度控制器,上世纪80年代中期已经超过数亿只。在传统产业改造中的应用及市场据报道,1995年仅工业过程控制传感器的全球市场已达到260亿美元;2001年计算机HDD用SV-GMR磁头的市场超过了4000亿日元(约合34亿美元)。若采用新型微型磁传感器,既使操作更简便,又提高了可靠性,增长了器件寿命,降低了成本。使用新型磁传感器可以显着提高测量和控制精度,如使用GMI(巨磁阻抗)磁场传感器,检测分辨率和常用磁通门磁强计一样,而响应速度却快了一倍,消耗功率仅为后者的1%;若用霍尔器件,其分辨率仅4A/m,而所需外场比前者高300余倍;在应力检测中,SI 传感器的灵敏度是常用电阻丝的2000倍高,是半导体应变规的20~40倍。工业机床的油压或气压汽缸活塞位置检测,广泛采用套在活塞杆上的永磁环和AMR元件组成的磁传感器,检测精度达0.1mm,检测速度可在0~500mm/s内以高低速度变换;改用GMI或SV-GMR传感器后,测量精度至少可以提高1个数量级。在机床数控化时代,数字磁尺帮助设计师们实现了闭环控制。使用绝对信号输出的磁尺,则不受噪声、电源电压波动等干扰,也不必原点复位。使用工作状态磁敏开关,还可以完成手动与数控之间的转换。旋转磁编码器在旋转量的检测控制中起关键作用,它在数控机床、机器人、工厂自动化设备的位置检测、传输速度控制,磁盘、打印机之类的自动化设备通讯设备的旋转量检测中都是不可缺少的重要部件。其检测对象是光磁图形,不受油雾粉尘的影响,因此比目前最先进的光编码器的可靠性高寿命长,尤其适合于自动焊接、油漆机器人和与钢铁有关的位置检测以及各种金属、木材、塑料等加工行业的应用。而仍大量使用光编码器,由于这种器件易受粉尘、油污和烟雾的影响,用在自动焊接、油漆机器人、纺织和钢铁、木料、塑料等的加工中,可靠性极差。应用AMR、GMR 、GMI敏感元件构成的旋转磁编码器,就不存在上述缺点,因此,它们的市场需求年增长率在30%以上。在家用电器和节能产品中也也有其广泛的应用潜力,在节能环保产品中也大有用武之地。若使用微型磁编码器和控制微机一体化,更有利于简化控制系统结构,减少元件数和占空体积,这在精密制造和加工业中意义十分重大。在环境监测中的应用环境保护的前提是对各个环境参数(温度、气压、大气成份、噪声.......)的监测,这里需要使用多种大量的传感器。采用强磁致伸缩非晶磁弹微型磁传感器,可以同时测量真空或密闭空间的温度和气压,而且不用接插件,可以遥测和远距离访问。在食品包装、环境科学实验等方面,应用前景广阔。在交通管制中的应用交通事故和交通阻塞是城市中和城市间交通存在的一个大问题。国内外都在加强高速公路行车支持道路系统(AHS)、智能运输系统(ITS)和道路交通信息系统(VICS)等的开发与建设。在这些新系统中,高灵敏度、高速响应微型磁传感器大有用武之地。例如,用分辨率可达1nT的GMI和SI传感器,可构成ITS传感器(作高速路上的道路标志,测车轮角度,货车近接距离),汽车通过记录仪(测通行方向、速度、车身长度、车种识别),停车场成批车辆传感器,加速度传感器(测车辆通过时路桥的振动等)。磁传感器在电子罗盘中的应用几个世纪以来,人们在导航中一直使用磁罗盘。有资料显示早在二千多年前中国人就开始使用天然磁石-一种磁铁矿来指示水平方向。电子罗盘(数字罗盘,电子指南针,数字指南针)是测量方位角(航向角)比较经济的一种电子仪器。如今电子指南针广泛应用于汽车和手持电子罗盘,手表,手机,对讲机,雷达探测器,望远镜,探星仪,穆斯林麦加探测器(穆斯林钟),手持 GPS 系统,寻路器,武器/导弹导航( 航位推测 ),位置/方位系统,安全/定位设备,汽车、航海和航空的高性能导航设备,电子游戏机设备等需要方向或姿态显示的设备。地球本身是一个大磁铁,地球表面的磁场大约为0.5Oe,地磁场平行地球表面并始终指向北方。利用GMR薄膜可做成用来探测地磁场的传感器。图5显示这种传感器的具体工作原理。我们可以制出能够探测磁场X和Y方向分量的集成GMR传感器。此传感器可作为罗盘并应用在各种交通工具上作为导航装置。美国的NVE公司已经把GMR传感器用在车辆的交通控制系统上。例如,放置在高速公路边的GMR传感器可以计算和区别通过传感器的车辆。如果同时分开放置两个GMR传感器,还可以探测出通过车辆的速度和车辆的长度,当然GMR也可用在公路的收费亭,从而实现收费的自动控制。另外高灵敏度和低磁场的传感器可以用在航空、航天及卫星通信技术上。大家知道,在军事工业中随着吸波技术的发展,军事物件可以通过覆盖一层吸波材料而隐蔽,但是它们无论如何都会产生磁场,因此通过GMR磁场传感器可以把隐蔽的物体找出来。当然,GMR磁场传感器可以应用在卫星上,用来探测地球表面上的物体和底下的矿藏分布。
[3]
门磁传感器在智能家居中的应用在智能家居门禁系统中门磁开关的作用是负责门磁通电否,通电带磁(闭门),断电消磁(开门),门磁安装于门与门套上,开关安装于屋内,配合自动闭门器使用,一般可承受150公斤的拉力。有线门磁为嵌入式安装更加隐蔽,感应门窗的开合,适用于木质或铝合金门窗发出有线常闭/常开开关信号。门磁是用来探测门、窗、抽屉等是否被非法打开或移动。它由无线发射器和磁块两部分组成。门磁系统其实和床磁等原理相同。
[4]
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深圳响拇指电子科技有限公司
解析:磁传感器及其应用
磁性传感器是一种可检测磁铁,以及电流产生的磁场或地磁场的强度和方向的传感器。磁场存在于我们身边,只是用肉眼看不见它,但我们可以借助磁性传感器来检测出它。虽然都叫做磁传感器,但是其实包含许多种类。下面,我们介绍几种具代表性的磁性传感器及其各自的特点。线圈线圈是在众多磁性传感器...
2019-08-050
参考资料
1.

磁性隧道结的隧穿磁电阻效应及其研究进展
.物理.2009[引用日期2015-01-15]
2.

隧道磁电阻效应的原理及应用
.材料导报.2009[引用日期2015-01-15]
3.

蓬勃发展的磁传感器技术
.《国际电子变压器》2007年7月刊 .2007-07-27[引用日期2015-01-15]
4.

详解门磁传感器在智能家居中的应用
. OFweek智能家居网[引用日期2016-07-15]
磁传感器分为:磁传感器  第2张

磁传感器分为:磁传感器概述、工作原理、应用、分类、选型指南、维护保养、注意事项、故障排除

霍尔电流传感器安装及使用注意事项:
1、接线时注意接线端子的裸露导电部分,尽量防止ESD冲击,需要有专业施工经验的工程师才能对该产品进行接线操作。电源、输入、输出的各连接导线必须正确连接,不可错位或反接,否则可能导致产品损坏。
2、产品安装使用环境应无导电尘埃及腐蚀性.
3、剧烈震动或高温也可能导致产品损坏,必须注意使用场合。
(1)电流传感器必须根据被测电流的额定有效值适当选用不同的规格的产品。被测电流长时间超额,会损坏末极功放管(指磁补偿式),一般情况下,2倍的过载电流持续时间不得超过1分钟。
(2)电压传感器必须按产品说明在原边串入一个限流电阻R1,以使原边得到额定电流,在一般情况下,2倍的过压持续时间不得超过1分钟。
(3)电流电压传感器的最佳精度是在原边额定值条件下得到的,所以当被测电流高于电流传感器的额定值时,应选用相应大的传感器;当被测电压高于电压传感器的额定值时,应重新调整限流电阻。当被测电流低于额定值1/2以下时,为了得到最佳精度,可以使用多绕圈数的办法。
(4)绝缘耐压为3KV的传感器可以长期正常工作在1KV及以下交流系统和1.5KV及以下直流系统中,6KV的传感器可以长期正常工作在2KV及以下交流系统和2.5KV及以下直流系统中,注意不要超压使用。
(5)在要求得到良好动态特性的装置上使用时,最好用单根铜铝母排并与孔径吻合,以大代小或多绕圈数,均会影响动态特性。
(6)在大电流直流系统中使用时,因某种原因造成工作电源开路或故障,则铁心产生较大剩磁,是值得注意的。剩磁影响精度。退磁的方法是不加工作电源,在原边通一交流并逐渐减小其值。
(7)传感器抗外磁场能力为:距离传感器5~10cm一个超过传感器原边电流值2倍的电流,所产生的磁场干扰可以抵抗。三相大电流布线时,相间距离应大于5~10cm。
(8)为了使传感器工作在最佳测量状态,应使用图1-10介绍的简易典型稳压电源。
(9)传感器的磁饱和点和电路饱和点,使其有很强的过载能力,但过载能力是有时间限制的,试验过载能力时,2倍以上的过载电流不得超过1分钟。
(10)原边电流母线温度不得超过85℃,这是ABS工程塑料的特性决定的,用户有特殊要求,可选高温塑料做外壳。

磁传感器分为:磁电式传感器

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磁电式传感器
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磁电式传感器是利用电磁感应原理,将输入的运动速度转换成线圈中的感应电势输出。它直接将被测物体的机械能量转换成电信号输出,工作不需要外加电源,是一种典型的无源传感器。由于这种传感器输出功率较大,因而大大地简化了配用的二次仪表电路。
[1]
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;
中文名
磁电式传感器
别 名
电动式或感应式传感器
类 别
传感器
工作频带
10~1000Hz
特 性
双向转换
原 理
电磁感应
目录
1
原理结构
2
工作原理
3
测量电路
4
设计原则
5
分类
?
霍尔式
?
应用
6
传递矩阵
7
磁电应用
磁电式传感器原理结构
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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。图1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。
图1 变磁式结构
磁电式传感器工作原理
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根据电磁感应定律, 当w匝线圈在恒定磁场内运动时, 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: E=-w(dΦ/dt)
磁电式传感器测量电路
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磁电式传感器直接输出感应电势, 且传感器通常具有较高的灵敏度, 所以一般不需要高增益放大器。但磁电式传感器是速度传感器, 若要获取被测位移或加速度信号, 则需要配用积分或微分电路。
磁电式传感器设计原则
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磁电感应式传感器有两个基本元件组成:一个是产生恒定直流磁场的磁路系统,为了减小传 感器体积,一般采用永久磁铁;另一个是线圈,由它与磁场中的磁通交链产生感应电动势。感应 电动势与磁通变化率或者线圈与磁场相对运动速度成正比,因此必须使它们之间有一个相对运 动。作为运动部件,可以是线圈,也可以是永久磁铁。所以,必须合理地选择它们的结构形式、 材料和结构尺寸.以满足传感器的基本性能要求。对于惯性式传感器,具体计算时,一般是先根据使用场合、使用对象确定结构形式和体积大 小(即轮廓尺寸),然后根据结构大小初步确定磁路系统,计算磁路以便决定磁感应强度B。这样,由技术指标给定的灵敏度S值以及确定的B值,由S=e/v=BιN即可求得线圈的匝数N。因为 在确定磁路系统时,气隙的尺寸已经确定了,线圈的尺寸也已确定,亦即 ι已经确定。根据这些 参数,便可初步确定线圈导线的直径d。从提高灵敏度的角度来看,B值大,S值也大,因此磁路 结构尺寸应大些。只要结构尺寸允许,磁铁可尽量大些,并选择B值大的永磁材料,匝数N也可 取得大些。当然具体计算时导线的增加也是受其他条件制约的,各参数的选择要统一考虑,尽量从优。
磁电式传感器分类
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一般分为两种:(1)磁电感应式(2)霍尔式
磁电式传感器霍尔式
霍尔效应置于磁场中的导体(或半导体),当有电流流过时,在垂直于电流和磁场的方向会产生电动势(霍尔电势),原因是电荷受到洛伦兹力的作用。定向运动的电子除受到洛仑兹力外,还受到霍尔电场的作用,当fl=fE时,达到平衡,此时基本结构
霍尔元件的基本结构图如图2:
图2
基本特性(1)额定激励电流和最大允许激励电流当霍尔元件自身温升10度时所流过的激励电流以元件最大温升为限制所对应的激励电流(2)输入电阻和输出电阻激励电极间的电阻电压源内阻(3)不等位电势和不等位电阻当霍尔元件的激励电流为I时,若元件所处位置磁感应强度为零,此时测得的空载霍尔电势。不等位电势就是激励电流经不等位电阻所产生的电压。(4)寄生直流电势(5)霍尔电势温度系数误差补偿(1)零点误差:不等位电势:①电极引出时偏斜,②半导体的电阻特性(等势面倾斜)造成。③激励电极接触不良。寄生直流电势:由于霍耳元件是半导体,外接金属导线时,易引起PN节效应,当电流为交流电时,整个霍耳元件形成整流效应,PN节压降构成寄生直流电势,带来输出误差。补偿方法制作工艺上保证电极对称、欧姆接触电路补偿
[2]
(2)霍尔元件的温度补偿误差原因:温度变化时,KH,Ri(输入电阻)变化补偿办法1.对温度引起的I进行补偿。采用恒流源供电。但只能减小由于输入电阻随温度变化所引起的激励电流的变化的影响。2.对KHI乘积项同时进行补偿。采用恒流源与输入回路并联电阻。如图3所示:
图3
磁电式传感器应用
(1)霍尔式位移传感器工作原理图:如图4所示
图4
(2)几种霍尔式转速传感器的结构:如图5所示:
图5
(3)霍尔计数装置的工作示意图及电路图:如图6所示:
[2]
图6
磁电式传感器传递矩阵
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一.传递矩阵一.机械阻抗图(a)所示的质量为m、弹簧刚度为k,阻尼系数为c的单自由度机械振动系统。设在力F作用下产生的振动速度和位移分别为v和x,由此可列出力平衡方程机械阻抗图(b)所示的由电阻R、电感L和电容C组成的串联电路,设电源电压为u,回路电流为i、电荷为q。由此可列出电压平衡方程这两个微分方程式虽然机电内容不同,但形式相同。因此,这两个系统为一对相似系统。一个系统可以根据求解它的微分方程来讨论其动态特性,故上述两相似系统的动态特性必然一致,可以实现机电模拟。一对相似系统(a)单自由度机械振动系统;(b)RLC串联电路在电路中存在着电阻抗,它是将电流与电压联系起来的一个参数,可以设想,如同电路中的电阻抗一样,假设机械系统存在“机械阻抗”ZM。类似于电系统,由第一个式子可得可见ZM是将机械系统 中某一点上的运动响 应与引起这个运动的力联系起来的一个参数。由此可得,作简谐运动的线性机械系统的机械阻抗的定义为机械阻抗ZM(复数)=激振力(复数)/运动响应(复数)引用机械阻抗概念来分析机械系统的动态特性,就可以用简单的代数方法求得描述动态特性的传递函数,而不必求解微分方程。
磁电式传感器磁电应用
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测振传感器磁电式传感器主要用于振动测量。其中惯性式传感器不需要静止的基座作为参考基准,它直接安装在振动体上进行测量,因而在地面振动测量及机载振动监视系统中获得了广泛的应用。常用地测振传感器有动铁式振动传感器、圈式振动速度传感器等。(一).测振传感器的应用航空发动机、各种大型电机、空气压缩机、机床、车辆、轨枕振动台、化工设备、各种水、气管道、桥梁、高层建筑等,其振动监测与研究都可使用磁电式传感器。(二).测振传感器的工作特性振动传感器是典型的集中参数m、k、c二阶系统。作为惯性(绝对)式测振传感器,要求选择较大的质量块m和较小的弹簧常数k。这样,在较高振动频率下,由于质量块大惯性而近似相对大地静止。这时,振动体(同传感器壳体)相对质量块的位移y(输出)就可真实地反映振动体相对大地的振幅x(输入)。磁电式力发生器与激振器前已指出磁电式传感器具有双向转换特性,其逆向功能同样可以利用。如果给速度传感器的线圈输入电量,那么其输出量即为机械量。在惯性仪器——陀螺仪与加速度计中广泛应用的动圈式或动铁式直流力矩器就是上述速度传感器的逆向应用。它在机械结构的动态实验中是非常重要的设备,用以获取机械结构的动态参数,如共振频率、刚度、阻尼、振动部件的振型等。除上述应用外,磁电式传感器还常用于扭矩、转速等测量。
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参考资料
1.

李开宇.传感器原理:科学出版社,2007年
2.

陈杰.传感器与检测技术:高等教育出版社,2002.8:80
磁传感器分为:磁传感器  第3张

磁传感器分为:磁电流传感器有哪些分类呢?

磁电流传感器的种类很多,按照测试原理可以划分为:罗氏(Rogowski)线圈、电流互感器、分流器、巨磁阻效应(GMR)、巨磁阻抗(GMI)各向异性(AMR)、隧道效应(TMR)、光学效应、霍尔效应等等。
Rogowski 线圈测量电流的基本原理是电磁感应和安培环路定律,又叫电流测量线圈或者微分电流传感器,如下图所示。根据线圈上的感应电流信号与通过线圈的额电流变化率成正比的顾虑,通过积分还原一次回路电流值。这是一种交流电流的测量方法。
Rogowski 线圈不含磁性材料,所以没有磁滞效应和磁饱和现象,测量的范围从数安培到几千安培,结构简单,测量回路与被测电流之间没有直接的关系,具有测量范围广、精度高、稳定性高、响应频率范围宽等优点,可以用来测量交流、直流和瞬态电流,用在继电保护、可控硅整流、变频调速等场合。
电流互感器是用来测量、保护、监控用电设备的重要器件,广泛应用于电力系统中,电流互感器的可靠性与整个系统的安全运行非常紧密,通过设计原边与副边的绕组匝数关系,用副边的感应电流值的大小去反应原边电流值的大小。由于电流互感器的特性,二次负载阻抗很小,接近于零,所以,对外部电路的要求较低。这是一种常见的交流测量方式。准确度高、工艺成熟、制造方便,能满足一般测量要求。
分流器测量电流的基本原理是欧姆定律,是通过被测电流电路中串联电阻两端的电压来测量直流电流。
它的结构简单,使用方便,在低频小电流测量中,具有非常高的精度和快的响应时间,在大电流测量中,会有很大的误差。因为分流器的材料一般是铜的合金,为了测量准确,导体电阻不宜过小,但大电流会产生大量欧姆热;如果减小导体电阻,又势必增加分流器的尺寸,降低精度,提高生产的成本。一般分流器更适合于偏小的电流测量,其实物图如下图所示。
各向异性磁电阻(简称 AMR)电流传感器,敏感元件的材料是坡莫合金。铁磁材料具备一种特别的属性,铁磁材料的电阻率随自身磁化强度和电流方向夹角的改变而变化。外部磁场施加到铁磁性材料上,铁磁材料的长度方向上施加一个垂直于磁场的电流,铁磁材料自身阻值的变化,可以转化为元件端电压的变化。如下图所示。各向异性磁电阻,灵敏度高,对平行磁场的响应迅速,主要应用在伺服系统、变速传动装置、过载电流保护等领域。
AMR 磁阻电流传感器工作原理
巨磁电阻效应(GMR),与 AMR 效应相比, GMR 效应具有更大的磁电阻变化率。磁性材料的电阻率在有外磁场作用时,较之无外磁场作用时存在巨大变化。这种现象在坡莫合金和铁磁性材料中非常明显。这种电流检测手段,单从理论上描述,情形与前面的“各向异性磁电阻”非常近似,但其具体结构形式相差很大。巨磁阻元件对微弱磁场的敏感性更高,可以精确的测量直流和交流电流,具有尺寸小、宽响应频率、无残余磁场等优点,但是工艺相对复杂,成本也较高。主要用于高精度小电流的测量。
光纤电流传感器,是基于法拉第效应来检测电流大小的传感器。通过测量光波在通过磁光材料时,其偏振面由于电流产生磁场的作用,产生旋转角度的大小,来确定电流的大小。光纤电流传感器,体积小、质量轻、测量带宽、准确度高、无饱和现象、抗电磁能力强等优点,广泛应用于电力系统中电流的测量。
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