霍尔效应演示
霍尔效应 d a
b
c
一块长为l、宽为b、厚为d的半导体薄片置于磁感应 强度为B的磁场(磁场方向垂直于薄片)中。当有电流I流 过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势U。
1 IB IB U RH ne d d
RH 霍尔系数 霍尔电势也小，不宜制作霍尔元件。
金属的自由电子密度n太大，霍尔系数小，
光电开关的特点：小型、高速、非接 触，与TTL、 MOS等电路容易结合。
一、直射式光电转速传感器
光电式传感器由独立且相对放臵的光发射器和收光器 组成。当目标通过光发射器和收光器之间并阻断光线时， 传感器输出信号。它是效率最高、最可靠的检测装臵。
图5-6 直射式光电转速传感器结构示意图
f n N
式中：N 为圆盘开孔数； n 为转速；f 为脉冲频率
1-永久磁铁；2-软磁铁；3-感性线圈；4-测量齿轮；5内齿轮；6-外齿轮；7-转轴 （b）闭磁通 图5-2 变磁通式磁电传感器结构图
知识点二 磁电感应式传感器基本特性
三、磁电感应式传感器测量电路
磁电感应式传感器直接输出电动势，且通常具有高的灵敏度， 一般不需要高增益放大器。 磁电感应式传感器是速度传感器，若要获得被测位移或加速度 信号，则需配用积分电路或微分电路。
电涡流传感器实物图
三、电涡流式转速传感器
图5-8 电涡流式转速传感器的工作原理图
在软磁性材料的输入轴上加工一个键槽，在距输入轴表面d0处设 臵电涡流式传感器，输入轴与被测旋转轴相连。当被测旋转轴转动 时，输入轴跟随转动，从而使传感器与输入轴的距离发生电的变化。 由于电涡流式，这种变化将导致振荡回路的品质因数变化，使传感 器线圈电感随的变化而变化，它们将直接影响振荡器的电压幅值和 振荡频率。 随着输入轴的旋转，从振荡器输出的信号中包含与转 速成正比的脉冲频率信号fn,。这种传感器可实现非接触式测量， 最高测量转速可达 。
三、电涡流式转速传感器 涡流效应
电磁炉的工作原理
电磁炉内部的励磁线圈
基本工作原理
线圈置于金属导体附近
线圈中通以高频信号i1
正弦交变磁场 金属导体内就会产生涡流
涡流产生电磁场
反作用于线圈 ,改变了电感
若线圈L外形尺寸、电流频率不变，则电感变化程度取决 于线圈L至金属板之间的距离，金属板材料的电阻率和磁 导率。
（a）开磁通；（b）闭磁通 图5-2 变磁通式磁电传感器结构图
开磁路变磁通式： 线圈、磁铁静止不动，测量 齿轮安装在被测旋转体上，随被 测体一起转动。每转动一个齿， 齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次， 磁通也就变化一次，线圈中产生 1 — 永久磁铁； 2 — 软磁铁； 感应电势。
nz f 60
当齿轮的齿数z=60时，
管芯
管壳
引脚
P
N
RL
光电器件
光电器件
七、光电开关
光电开关：利用感光元件对变化的入 射光加以接收，并进行光电转换，同时加 以某种形式的放大和控制，从而获得最终 的控制输出“开”、 “关”信号的器件。 透射式光电开关：发光元件和接收元 件的光轴是重合的。当不透明的物体经过 时，会阻断光路，使接收元件接收不到来 自发光元件的光，起到了检测作用。 反射式光电开关：发光元件和接收元 件的光轴在同一平面且以某一角度相交， 交点一般即为待测物所在处。当有物体经 过时，接收元件将接收到从物体表面反射 的光，没有物体时则接收不到。
2.磁阻式传感器 （变磁通式传感器或变气隙式传感器）
可分为开磁路变磁通 式传感器和闭合磁路变磁 通式传感器。
变磁通式传感器对环 境条件要求不高，能在150 ～＋ 90℃的温度下工 作，也能在油、水雾、灰 尘等条件下工作。但它的 工作频率下限较高，约为 1-永久磁铁；2-软磁铁；3-感性线圈；4-测 50Hz，上限可达100Hz。 量齿轮；5内齿轮；6-外齿轮；7-转轴
1 U BI kBI ned
k 霍尔元件灵敏度（灵敏系数） 灵敏系数与厚度d成反比，所以霍尔元件应制成薄片。
1 U BI =kBI ned
三、光敏电阻 1、基本结构与工作原理
光敏电阻：内光电效应器件。
光电器件
梳状电极
A
光电导 透光窗口
A
基本结构：在玻璃底版上涂一层对 光敏感的半导体物质，两端有梳状金属 电极，在半导体上覆盖一层漆膜。 工作原理：光电导效应。当光敏电 阻受到光照时，光生电子 — 空穴对增加， 阻值减小，电流增大。
外壳
玻璃支柱
知识点一 磁电式传感器工作原理
电磁感应
转速
电量
磁电感应式传感器：利用电磁感应定律将 被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信 号的一种传感器。 无源传感器：不需要辅助电源，就能把被 测对象的机械量转换成易于测量的电信号。 特点：输出功率大，性能稳定，具有一定 的工作带宽（10～1000 Hz）。
知识点一 磁电式传感器工作原理
分 类
恒磁通式 变磁通式
动圈式 磁阻式
动生电动势原理 感生电动势原理
1、恒磁通式工作原理
磁路系统产生恒定的 磁场，磁路中的工作气隙 固定不变，因而气隙中磁 通也是恒定不变的。
弹簧较软，运动部件质量 相对较大。 当壳体随被测振动体一起 振动频率足够高（远大于传感 器固有频率）时，运动部件惯 性很大，来不及随振动体一起 振动，近乎静止不动，振动能 量几乎全被弹簧吸收。
模块五 转速传感器
教学情境一 磁电式转速传感器
教学情境二 光电式转速传感器 教学情境三 霍尔转速传感器
教学情境一 磁电式转速传感器
知识点一 知识点二 磁电式传感器工作原理 磁电感应式传感器基本特性
转速传感器是用于将旋转物体转速状 态转换为电信号的一种传感器。转速传感 器可以应用在各种转速测量场合，能适应 对旋转物体的低速、高速、稳速和瞬时速 度等多种转速状态测量工作，并可将信号 传导给控制部门。
j * 60 N (r / min) iT
式中，i—转速信号盘每转输出信号数；j—信号盘 转1圈发动机转的圈数（信号盘安装在曲轴上时j=1， 装在凸轮轴上则j=2）；T—单片机输入捕捉所计算 出的相邻两个上升沿之间的时间差值。
霍尔效应
一块长为l、宽为b、厚为d的半导体薄片置于磁感应 强度为B的磁场(磁场方向垂直于薄片)中。当有电流I流 过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势U。
二、反射式光电转速传感器
红外发射管 红外接收管 光学系统（透镜、半透镜） 红外发射纸
图5-7 反射式光电转速传感器结构示意图
当被测物体旋转时，粘贴在物体上的发射纸和物体一起 旋转，红外接收管则随感受到反射光的强弱而产生相应变 化的信号，该信号经电路处理后便可以由显示电路显示出 被测对象转速的大小。
机械、电气、磁、光、混合式
转速
磁电、光电、霍尔、电容式、 变磁阻式、测速发电机
电量
模拟式 输出信号值与转速成正比 数字式 输出信号的频率与转速成正比
或信号峰值间隔与转速成反比
转速传感器的种类繁多，可对低速（如每 小时一转以下）、高速（如每分钟数十万转） 、稳速（如误差仅为万分之几）和瞬时速度进 行精确的测量。
光照
外光电效应
金属 金属氧化物 半导体 金属 金属氧化物
电子
光照
内光电效应
电子逸出 物体表面
光照
半导体
电子在物体 内部运动
光电效应
二、外光电效应
外光电效应：物体内的电子逸 出物体表面向外发射的现象。 基于外光电效应的光电器件有 光电管、光电倍增管等。 爱因斯坦光电效应方程： 1 2 h m 0 A0 2 （ 1 ）光电子能否产生，取决 于光子的能量是否大于该物体的表 面电子逸出功。 （ 2 ）入射光频谱成分一定时， 产生的光电流和光强成正比。 （ 3 ）逸出的光电子具 有动能。 （ 4 ）从光照至发射电 子，时间 < 10-9 s。
测量 电路
U、 I
Hale Waihona Puke 光的特性与光源一、光的特性
光 波 ： 波 长 10~106nm 电 磁 波。 可见光波长：380~780nm； 紫外线波长：10~380nm； 红外线波长：780~106nm。 光具有反射、折射、散射、衍 射、干涉和吸收等性质。 光的粒子性：光是以光速运动 着的粒子（光子）流，一束频率为 的光由能量相同的光子所组成，每 个光子的能量为 E h 光的频率愈高（即波长愈短）， 光子的能量愈大。 电磁波谱图
1、恒磁通式：动圈式、动铁式
（a）动圈式；（b）动铁式 图5-3 恒磁通式磁电传感器结构原理图
1.动圈式磁电感应式传感器（恒磁通式）
动圈式磁电感应式传感器：这类传感器的基本 形式是速度传感器，能直接测量线速度或角速度,还 可以用来测量位移或加速度。 可以分为线速度型和角速度型等。
图5-1 动圈式传感器的线速度型和角速度型
一、原理
根据电磁感应定律，当N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：
d eN dt
法拉第电磁感应定律
d eN dt
二、分类
恒磁通式和变磁通式。即动圈式传感器和磁阻 式传感器。由上述工作原理可知，磁电感应式传感器 只适用于动态测量。
永久磁铁与线圈之间的 相对运动速度接近于振动体振 动速度，磁铁与线圈的相对运 动切割磁力线，从而产生感应 电势。感应电势大小与振动速 度成正比。
1、恒磁通式工作原理
传感器壳体与被测振动体相连，当壳体随被测振动 体一起振动时，运动部件（弹簧和线圈）来不及随振 动体一起振动，近乎静止不动。线圈切割磁力线，产 生感应电势。感应电势大小与振动速度成正比。
3—感应线圈； 4—测量齿轮；
f n
结构简单，但输出信 号较小，且因高速轴上加 装齿轮比较危险而不宜测 量高转速。
闭磁路变磁通式： 它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮、永久磁铁和感应线圈组 成，内外齿轮齿数相同。当转轴连接到被测转轴上时，外齿 轮不动，内齿轮随被测轴而转动，内、外齿轮的相对转动使 气隙磁阻产生周期性变化，从而引起磁路中磁通的变化，使 线圈内产生周期性变化的感生电动势。感应电势的频率与被 测转速成正比。