动圈式磁电感应传感器
动圈式把线圈弹性支撑在固定磁体的气隙中,线圈与磁体相对运动切割磁力线,产生与相对速度有关的电压。
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动圈式把线圈弹性支撑在固定磁体的气隙中,线圈与磁体相对运动切割磁力线,产生与相对速度有关的电压。
动圈式麦克风利用声波推动与线圈相连的振膜在永磁体磁场中运动,通过电磁感应把声压转换为感应电动势,其振膜因绕线而质量大、固有频率低,故高音响应较弱。
动铁式以弹簧支撑磁体作为运动部件、固定线圈随壳体,借两者的相对运动输出感应电压。
通过齿轮或转子改变气隙磁阻,使线圈磁通周期变化产生感应信号,可按每转周期数换算转速。
左手定则判断磁场中运动电荷或电流受力方向,并说明洛伦兹力方向与电荷正负的关系。
并联电阻支路电流按电阻反比分配,地磁场水平分量在水平面内正交分解并由分量比确定方向。
开关型霍尔器件将霍尔元件与放大、施密特整形和晶体管输出级集成封装,把磁场强弱转换为带动作/释放回差的数字开关信号,用于计数、接近和键盘等检测。
开磁路结构用旋转导磁齿轮周期改变固定磁头的气隙,以感应脉冲频率测转速,并须检查弱信号与机械安全。
恒磁通式以线圈和磁体相对运动切割工作场,变磁通式以气隙/磁阻调制磁通;两者都依电磁感应但结构与读量不同。
在稳定工作磁场中利用线圈与磁体的相对运动产生电压,惯性式速度测量须在远高于固有频率的条件下使用。
感应无线充电经变频让发送线圈产生变化磁通,接收线圈取得交流电,再整流供电池;线圈间无需直接导电接触。
比较器将输入与门限比较输出高低电平;正反馈加速跳变、形成饱和输出,用于霍尔数字整形。
闭合回路磁通量变化产生感应电动势,其方向阻碍磁通量变化。
洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力,它使通电导体中的载流子横向偏转并积累电荷,直至霍尔电场力与洛伦兹力平衡,从而在导体两侧建立霍尔电压。
漏磁探伤先磁化铁磁材料,缺陷提高局部磁阻使磁通向表面空气绕行,再以霍尔等磁敏传感器检测异常漏场。
热磁分路用温度敏感的磁分路片旁路部分磁通,升温时分流减少,可帮助稳定工作气隙磁通。
按磁体与分路片的温度特性安排磁通分配,使升温时旁路份额减少,从而减小工作气隙磁通的温度变化。
电场中电荷受力的定义、大小F=qE及方向由电荷正负与电场方向共同决定。
导电液体流经横向磁场产生电极电压,用平均流速和管径换算体积流量;适用性由电导率、管材和介质状态决定。
定义磁感应强度B、方向与单位特斯拉,并说明磁场矢量沿给定方向投影为Bcosθ的分量概念。
对磁感应强度、磁通等磁场参量敏感,用磁电作用把振动、位移或转速转换成电信号的传感器。
一般测量电路可直接读出速度信号,或经积分、微分支路分别得到动态位移和加速度信息。
磁电感应速度测量有规定频段:低频灵敏度变化明显,适当高于固有频率后较平稳,过高又受线圈阻抗影响。
把感应元件看作电动势串联线圈电阻,与测量输入电阻分压;最大功率匹配和最大电压读出是不同目标。
升温可能同时降低磁体感应电动势、增加线圈和负载电阻,在教材设定下输出电流下降,形成负温度误差。
电压速度灵敏度是测量输入端电压与相对速度之比,负载分压决定它与开路感应系数的差别。
电流速度灵敏度等于输出电流与相对速度之比,取决于磁场、有效线长和线圈/测量电路总电阻。
用独立补偿线圈建立相反交变磁通,削弱信号线圈电流对工作磁场的回作用,减小磁电感应非线性误差。
负载电流产生的附加磁通叠加到工作磁通,使正反运动的灵敏度不同,并引入非线性和谐波失真。
借助磁通变化或导体与磁场的相对运动,将被测机械能转换成感应电动势,主要用于动态量测。
磁电感应扭矩测量在轴的两端读取周期信号,用负载造成的附加相位差反映扭转角,再经轴的标定换算扭矩。
动圈式振动速度传感器把壳体固定于振动体,依惯性产生线圈与磁体的相对运动,将振动速度转换成感应信号。
对已标定的磁电感应速度信号求时间变化率,可以得到加速度;它是处理支路的结果,不能与原始速度输出混淆。
把已标定的磁电感应速度信号积分,可获得位移变化;绝对位置还需要初始值,偏置误差会累积。
磁通量定义、单位与计算,以及多磁场源在同一位置磁感应强度的矢量和。
磁阻描述磁路对磁通的阻碍,与磁路长度、截面积和磁导率有关;铁磁材料磁导率高,能集中磁力线、降低磁阻。
线性霍尔输出与磁场成正比的模拟电压用于连续场强测量,开关霍尔经放大、施密特整形和晶体管输出给出磁状态的数字跳变,选型时按被测量是场强还是磁状态、以及封装、量程、功耗、灵敏度、工作电压等条件决定。
线性霍尔器件在稳压供电和恒定控制电流下,把磁感应强度B线性转换成模拟电压输出,其核心关系是UH=KHIB,固定B、T时UH-I的斜率KI=KHB。
脉冲频率定义为单位时间脉冲数,转速描述旋转快慢;两者通过每转脉冲数建立换算关系,用于霍尔转速测量。
闭磁路的转子与定子齿面相对转动,使气隙磁通周期变化,固定线圈输出近似正弦的感应电压。
集成式霍尔传感器把霍尔元件与测量电路封装为一体,只需 VCC、GND、OUT 三端即可工作,按输出分为开关型(数字量)与线性型(模拟量),选型时需权衡封装、量程、功耗、灵敏度与工作电压。
霍尔不等位电势补偿电路通过在霍尔元件电极间接入可调电阻,用可调电阻分流改变等效桥臂阻值,使零磁场下输出电势为零。
霍尔不等位电势可用对称补偿电路等效为电桥,通过调节可变电阻使等效桥平衡来消除零磁场下的不等位输出,并附带一定温度补偿作用。
霍尔不等位电动势补偿电路通过在霍尔元件等效电桥的桥臂上并联可调电阻使电桥平衡,从而消除零磁场下由电极不对称等因素引起的不等位电动势。
霍尔电势在温度固定时正比于控制电流 I 与磁感应强度 B 的乘积,因此固定其中一个量即可测另一个量,两者都变化时则可实现乘法运算与功率测量。
霍尔位置反馈换向用霍尔元件感知永磁体磁极位置、由电子线路切换线圈电流方向,从而取代有刷电机的电刷—整流子机械换向,消除滑动摩擦损耗与电火花干扰。
霍尔元件是利用霍尔效应将磁场(或磁感应强度)转换为电压的半导体薄片器件,其输出电压正比于控制电流与磁感应强度的乘积,比例系数由材料载流子浓度、迁移率和几何尺寸决定。
霍尔元件在控制电流为额定值而磁场为零时,因两霍尔电极未落在同一等位面上而产生的不等位电势,可等效为四臂电桥的初始失衡偏置,其大小由两电极间的等位电阻决定。
不等位电阻是霍尔元件两霍尔电极间的等效电阻,在零磁场、额定控制电流下由它产生不等位电势这一零位误差。
霍尔元件有限长宽比与电极宽度会使实际霍尔电压低于理想无限长模型,用几何影响系数 fH 修正,并在长宽比与输入功耗之间取折中。
霍尔元件叠加连接通过直流并联激励、输出串联或交流串联激励、变压器叠加,把多个霍尔电势相加,从而获得更大的输出并提高灵敏度。
霍尔元件在交流激励、无外磁场时输出中出现的直流电势,源于电极接触的整流效应与两霍尔电极焊点温差的热电效应,可通过改善欧姆接触与散热来抑制。
恒流供电让霍尔元件的激励电流不随输入电阻温变而漂移,从而抑制由电阻温变引起的电流误差,但霍尔系数本身的温变误差仍然存在。
感应零电势是霍尔元件在无控制电流时因交变磁场穿过输出引线围成的面积 A 而产生的干扰电势,满足 Vi0=-A dB/dt,可通过减小或反向抵消该面积来补偿。
霍尔元件选型要在灵敏度、线性度、温度稳定性和功耗之间折中:用低载流子浓度的N型半导体薄片提高灵敏度,用长宽比约2的几何尺寸兼顾线性度与输入功耗。
霍尔元件的内阻和霍尔输出电势都随温度变化,不同材料变化方向与幅度不同,HZ 型元件输出温度系数由正转负的转折点称为临界温度,实际工作温度应低于临界温度并留有余量。
霍尔元件因半导体参数随温度变化而产生温度误差,恒流供电可抑制输入电阻温变引起的电流误差,而灵敏系数温变需通过保持 K_H I 不变或电桥补偿另行处理。
霍尔元件的激励电极是薄片长度方向两端的一对面接触焊点,用于通入控制电流以建立激励电场,其接触质量与几何尺寸直接影响霍尔电压的线性度和灵敏度。
霍尔元件通控制电流时产生的自激场在理想对称片体中两半相消,但输入引线磁场破坏对称,形成自激场零电势,需通过引线布局抑制。
理论霍尔电压对应输出开路或高输入阻抗读出;连接有限负载会因内部输出电阻产生压降,使实际读数降低。
霍尔元件零位误差是零输入条件下仍存在的输出,其中不等位电势由霍尔电极不在同一等位面引起,其大小由两电极间的不等位电阻决定。
恒流源供电时,用温度系数合适的旁路分流电阻自动调节霍尔元件控制电流,使升温前后霍尔电势保持不变,从而导出分流电阻初值条件 R₀=(δ−β−α)Rᵢ₀/α。
在磁场和温度固定时,霍尔电势与控制电流成正比,因此可用霍尔传感器测量转换为电流变化的物理量。
霍尔开关型放大电路把霍尔元件随磁场变化的微弱电压经放大、施密特整形后驱动晶体管输出,用动作与释放磁场之差形成的回差实现无触点开关。
霍尔式传感器利用霍尔效应,在控制电流I、磁感应强度B和温度T三个条件中固定其中两个时,霍尔电压分别正比于第三个量或I与B的乘积,从而实现磁场、电流、位移、转速等测量及乘法运算。
霍尔式传感器基本测量电路用电源经调流电阻给霍尔片供激励电流,霍尔片在磁场下输出霍尔电压接负载,但霍尔电势小且温度变化会使电流不恒定。
霍尔式位移传感器利用非均匀磁场中位移引起磁感应强度B变化,再由霍尔电压UH=KHIB将位移转换为电压,在均匀梯度磁场中UH与位移成线性关系,并通过差动输出(VH1−VH2)实现零点、方向和微位移的精确检测。
霍尔式加速度传感器利用质量块-弹性悬臂梁将加速度转换为霍尔片在非均匀磁场中的位移,从而由霍尔电压变化反映加速度大小。
霍尔式压力传感器把压力经弹性元件变成位移,再由梯度磁场把位移变成磁感应强度,最后由霍尔元件输出与压力成正比的霍尔电压。
霍尔式转速传感器利用旋转磁体或导磁齿圈使霍尔元件处的磁通量周期性变化,输出可计数的脉冲,由脉冲频率 f 和齿数 Z 按 n=60f/Z 得到转速。
在恒流源供电下,用与霍尔元件并联的温变分流电阻自动调节控制电流,使 K_H I 乘积不随温度变化,从而保持霍尔电势恒定。
霍尔传感器在交变磁场中即使无控制电流也会因引线回路面积产生感应零电势 Vi0=-A dB/dt,通过合理布置引线使各回路感应电势相互抵消即可补偿。
霍尔接近开关利用磁体靠近时霍尔器件输出电平翻转,实现非接触限位、位置检测与合盖识别。
在磁感应强度 B 与温度 T 恒定时,霍尔电压 U_H 与控制电流 I 成正比,其斜率即控制电流灵敏度 K_I=K_H B,用于衡量单位控制电流产生的霍尔电压。
霍尔效应是载流导体在垂直磁场中因洛伦兹力使载流子偏转、积累电荷形成横向电场,当电场力与洛伦兹力平衡时产生霍尔电压,其大小与电流和磁感应强度成正比、与载流子浓度和厚度成反比。
霍尔灵敏度 KH=RH/d=1/(ned) 表征单位控制电流与单位磁感应强度下的霍尔电压,其大小由材料载流子浓度、类型和元件厚度决定,是霍尔传感器选材与结构设计的核心参数。
霍尔电压是载流子在磁场中受洛伦兹力偏转、积累形成横向电场并达到力平衡后,在半导体薄片两侧产生的电势差,其大小由 U_H=K_H I B 决定,极性由载流子类型与 B、I 方向共同决定。
霍尔电极是霍尔片两侧中央对称焊出的输出引线焊点,用于引出正比于磁感应强度的霍尔电势,其点接触程度与宽度S相对片长L的比值决定输出电势的准确度。
霍尔电流传感器利用被测电流产生的磁场经环形铁芯汇聚并在气隙中由霍尔片转换为电压,从而实现非接触、大电流测量。
霍尔传感器利用霍尔电势与磁感应强度成正比的关系,通过测量铁芯气隙处或磁场中某点的法向磁感应强度分量,实现从强磁场到地磁场的磁测量,其输出还随磁场方向与基片法线夹角按余弦规律变化。
霍尔系数 RH 是描述材料霍尔效应强弱的常数,霍尔电压 UH=RH·IB/d=KH·IB,其中 KH=RH/d 为霍尔灵敏度,取决于材料载流子浓度与类型及元件厚度。
霍尔线性放大电路用稳压电源和恒流激励保证霍尔元件工作在稳定工作点,再经运算放大器把正比于磁感应强度B的霍尔电压线性放大,并在限定的B范围内输出与B成线性关系的电压。
霍尔元件通控制电流时,输入引线产生的附加磁场会破坏自激场的左右对称,从而在无外磁场时输出零电势误差;通过合理布置输入引线使附加磁场对称,可抑制该自激场零电势。
霍尔开关传感器将磁铁旋转引起的磁场变化转换为电脉冲,经耦合电容隔直、运放放大整形、晶体管驱动后送入计数器,实现转速或转数的数字测量。
教材转速电路用匹配电阻的负反馈差动放大读取两霍尔电极,输出极性与差分输入有关,不能把示意方波误认作施密特反馈。
霍尔键盘利用按键内永磁体随键帽运动改变磁场,使开关型集成霍尔传感器非接触地输出通断信号,从而替代机械触点完成按键检测。