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1、电子课件（工信版）第六章 磁敏传感器(中职）传感器电路制作与调试项 目教程第3版传感器电路制作与调试项目教程 第3版第六章 磁敏传感器霍尔传感器 霍尔集成传感器 磁簧开关 磁敏电阻磁敏晶体管 磁场传感器 磁敏传感器的应用 磁敏传感器 磁敏传感器是一种利用导体和半导体的磁电转换原理，对磁感应强度、磁场强度和磁通量敏感把磁学量转换成电信系的传感器。司南指南鱼 指南针生活中我们遇到过哪些磁传感器的应用呢？日常生活中的刷卡消费汽车行驶中遇到紧急情况下汽车防抱死装置量子弱磁共振分析仪霍尔传感器一.霍尔效应霍尔效应（Hall effect），是指置于磁场中的导体或半导体内通入电流，若电流与磁场方向垂直，则
2、在磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差。一.霍尔效应 霍尔效应产生的条件：外加电流外加磁场二.霍尔电动势 磁感应强度B垂直于霍尔元件霍尔电动势EH：式中EH霍尔电动势 KH霍尔元件的灵敏度EH=KHBI磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度时霍尔电动势EH：EH=KHBIcos三.特性参数 霍尔元件特性参数（1）霍尔系数RH霍尔系数RH由半导体材料的性质决定，单位是m3/C。其大小可表示为：d为半导体材料的厚度，I为电流，B为磁场强度。（2）乘积灵敏度KH:其单位为mV（mAT）。霍尔电压与控制电流及磁感应强度的乘积成正比，KH称为乘积灵敏度，单位为mV（mAT）。EH=RH
3、BI/d三.特性参数（3）最大激励电流Im由于霍尔电动势随激励电流增大而增大，故在应用中总希望选用较大的激励电流。但激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电动势的温漂增大，因此每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安至十几毫安。霍尔元件特性参数三.特性参数霍尔元件特性参数（4）最大磁感应强度 Bm 磁感应强度超过 Bm时，霍尔电动势的非线性误差将明显增大，Bm的数值一般小于零点几特斯拉。（5）输入电阻 Ri 霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。它的数值从几十欧到几百欧，视不同型号的元件而定。三.特性参数霍尔元件特性参数（6）输出电阻Rc两个霍尔
4、传感器电势输出端之间的电阻称为输出电阻，它的数位与输入电阻同一数量级。（7）不等位电动势在额定激励电流下，当外加磁场为零时，霍尔输出端之间的开路电压称为不等位电动势。三.特性参数霍尔元件特性参数（8）霍尔电动势温度系数在一定磁场强度和激励电流的作用下，温度每变化l时霍尔电动势变化的百分数称为霍尔电动势温度系数，它与霍尔元件的材料有关，一般约为0.1左右。在要求较高的场合，应选择低温漂的霍尔元件。四.元件类型 霍尔元件传感器按构造分：有无铁心型、铁心型和测试用探针霍尔集成电路三类。按出线端子分：有三端子组件、四端子组件和五端子组件三种类型。霍尔集成传感器一.霍尔线性输出型集成传感器 1.组成：霍
5、尔元件和恒流源、线形差动放大器以及其他电路等制作在一块芯片上。2.特点：输出的是模拟量，测量精度高、线性度好，往往限于特殊场合应用。二.霍尔开关输出型集成传感器 1.组成：组成：霍尔元件和稳压电路、低耗放大器、施密特触发器以及OC门等制作在一块芯片上。2.工作过程：当磁场强度超过规定工作点时，OC门由高阻状态变为低阻状态(即导通状态)，输出的霍尔电动势由高至低；当磁场强度低于释放点时，OC门重新恢复成高阻状态，输出的霍尔电动势由低至高。二.霍尔开关输出型集成传感器 3.特点：输出的是数字量，通常与微型计算机等数字电路兼容，具有无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达m
6、级）。A1101EUA-T型单极性霍尔开关传感器 SS41F双极性霍尔开关传感器 磁敏电阻磁敏晶体管一.磁敏电阻 磁敏电阻传感器又称磁控电阻传感器，简称磁敏电阻或磁控电阻，是一种对磁场敏感的半导体元件。磁阻效应：某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。几何磁阻效应：与器件形状、尺寸有关的磁阻效应。一.磁敏电阻 磁敏电阻在自动控制中的应用主要有以下几个方面：1.作计量控制元件特点：阻值R随垂直通过它的磁通密度的变化而变化 一.磁敏电阻 磁敏电阻在自动控制中的应用主要有以下几个方面：2.作计量控制元件3.作为无触点电位器一.磁敏电阻 磁敏电阻在自动控制中的应用主要有以下几个方面：4.作
7、运算器 5.作开关电路 二.磁敏二极管传感器 1.特点：一种对磁场极为敏感的半导体器件。2.功能：探测较弱磁场。3.种类：硅磁敏二级管和锗磁敏二级管两种。二.磁敏二极管传感器 4.结构：其结构和电路符号如图。其中i区为本征（不掺杂）的或接近本征的半导体，其长度为L，它比载流子扩散长度大数倍，两端分别为重掺杂的P+、N+区，在i区的一个侧面上，再做一个高复合区r，在r区域内载流子的复合速率较大。磁敏二极管的结构及电路符号 二.磁敏二极管传感器(a)无磁场(b)加正向磁场(c)加反向磁场三.磁敏三极管传感器 1.特点：在弱P型或弱N型本征半导体上用合金法或扩散法形成发射极、基极和集电极。2.种类：
8、NPN和PNP两种三.磁敏三极管传感器 3.结构：基区较长，基区结构类似磁敏二极管，有高复合速率的r区和本征I区。长基区分为运输基区和复合基区。NPN型磁敏三极管的结构和符号 三.磁敏三极管传感器（1）无磁场作用（2）外磁场作用（3）内磁场作用三.磁敏三极管传感器 4.磁敏二极管和磁敏三极管的比较（1）磁敏三极管的灵敏度比磁敏二极管高几倍甚至十几倍，并且具有功率输出。（2）磁敏三极管比磁敏二极管功耗低。（3）磁敏三极管比磁敏二极管动态范围宽。（4）磁敏三极管比磁敏二极管噪声小。（5）磁敏三极管特别适合用在低电压范围工作。磁簧开关一.磁簧开关的结构 干簧管又称干簧继电器和磁簧开关，是一种机械式开
9、关，在磁场作用下直接产生通与断的动作。一.磁簧开关的结构 二.磁簧开关的工作原理 永久磁铁或线圈所产生的磁场施加于开关上时，使磁簧开关两个舌簧磁化，一个舌簧在触点位置上生成N极，另一个舌簧的触点位置上生成S极。若生成的磁场吸引力克服了舌簧的弹性产生的阻力，异性磁极相互吸引，舌簧被吸引力作用接触导通，即电路闭合。一旦磁场力消除，舌簧因弹力作用又重新分开，即电路断开。三.磁簧开关的类型 干簧管的接点形式有两种类型：1.常开型：平时簧片断开，磁化时触点闭合。2.转换型：结构上有三个簧片，簧片1由只导电不导磁的材料做成，簧片2、3由即导电又导磁的材料做成。四.磁簧开关使用时的注意事项 1.磁簧开关遇高
10、温时间过长可能会导致玻璃与金属密封处裂开及泄露，因此必须采取快速及可靠的焊接技术。建议的焊接条件为：手焊：280-300；自动焊接：250-300。2.磁簧开关焊接时，焊接的电流所产生的磁场效应，能使磁控管开关动作导致触点损坏，因此焊接时，必须采取适当的保护措施。四.磁簧开关使用时的注意事项 3.不得同时焊接磁簧开关两端的引线脚。4.磁簧开关安装及焊接到PCB板时需注意PCB板的变形及热膨胀特性，其应力亦可能会损伤磁 控管的玻璃与金属密封。高压干簧管继电器 低压干簧管继电器 四.磁簧开关使用时的注意事项 5.当PCB板上安装磁簧开关时，建议PCB板与磁簧开关间需保持适当的间距，或将磁控管插入P
11、CB板的孔位中。6.当磁簧开关由30cm以上高度跌落至地面时，其电气特性包括启动及释放值皆会改变。500欧常开干簧继电器 磁场传感器磁场传感器 原理：利用磁滞回线B-H特性曲线为矩形的铁芯制作成的磁通门磁敏传感器。基本原理是基于磁芯材料的非线性磁化特性。其敏感元件是由高导磁系数、易饱和材料制成的磁芯，有两个绕组围绕该磁芯;一个是激励线圈，另一个则是信号线圈。磁通量闸门型磁敏传感器的名字很少见，但它具有很高的灵敏度，因此可以用于检测地磁场等场合。磁场传感器 霍尓探矿磁力仪 水下手持质子磁力仪 航空IMPULSE磁力仪 磁通门磁力仪原理：利用具有高导磁率的软磁铁芯在外磁场作用下的电磁感应现象测定外
12、磁场的仪器。磁敏传感器的应用高斯计 高斯计（现称毫特斯拉计）是根据霍尔效应原理制成的测量磁感应强度的仪器。它由霍尔探头和测量仪表构成。霍尔探头在磁场中因霍尔效应而产生霍尔电压，测出霍尔电压后根据霍尔电压公式和已知的霍尔系数可确定磁感应强度的大小。高斯计的读数以高斯或千高斯为单位。高斯计是用于测量和显示单位面积平均磁通密度或磁感应强度的精密仪器。高斯计 量子弱磁共振分析仪 人体所发射的电磁波信号代表了人体的特定状态，人体健康、亚健康、疾病等不同状态下，所发射的电磁波信号也是不同的，如果能测定出这些特定的电磁波信号，就可以测定人体的生命状态。量子弱磁共振分析仪就是解析这种现象的新型仪器。通过手握传
13、感器来收集人体微弱磁场的频率和能量，经仪器放大、计算机处理后与仪器内部设置的疾病、营养指标的标准量子共振谱比较，用傅立叶分析法分析样品的波形是否变得混乱。根据波形分析结果，对被测者的健康状况和主要问题做出分析判断，并提出规范的防治建议。量子弱磁共振分析仪 汽车防抱死装置 在汽车防抱死装置中装有带有微型磁铁的霍尔传感器，若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。入侵报警器 入侵报警系统intruder alarm system(IAS)利用传感器技术和电子信息技术探测并指示非法进入或试图非法进入设防区域（包括主观判断面临被劫持或遭抢劫或其他危急情况时，故意触发紧急报警装置）的行为、处理报警信息、发出报警信息的电子系统或网络。其中磁敏传感器作为检测传感器在入侵报警系统中占有很大的作用。入侵报警器 感谢聆听传感器与自动检测课程组