机械阻抗 传递矩阵
传感器机械阻抗的传递矩阵 理想传感器的传递矩阵 传感器电阻抗的传递矩阵 实际传感器的传递矩阵
传递函数
图5-3 理想传感器基本框图 图5-4 实际传感器基本框图 图5-5 二阶机械系统和二阶电路系统 图5-6 磁电感应式传感器的二端口 网络框图 图5-7 磁电感应式传感器二端口网 络的等效方框图 图5-8 磁电感应式传感器的幅频特 性
图5-1 变磁通式磁电感应式传感器结构原理图
图5-2 恒定磁通路电感应式传感器结构原理图
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5.1.2 动态特性分析
磁电感应式传感器只适用于测量动态物理量，因此动态特性 是这种传感器的主要性能。应用机械阻抗概念分析机械振动系统有 很多方便之处。可以用简单的代数方法解出描述系统动态特性的传 递函数方程，而不必去解微分方程，但分析的结果则完全一致。
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5.1.1 工作原理和结构类型
磁电感应式传感器是以电磁感应原理为基础的，根据电 磁感应定律，线圈两端的感应电动势正比于线圈所包围的磁 链对时间的变化率，即
d d W e dt dt
e＝-WBlv
W--线圈匝数： Φ--线圈所包围的磁通量。
若线圈相对磁场运动为速度v或角转度ω时，则式(5-1)可改写为 或 e＝-WBsω 在传感器中，当结构参数确定后．即B、l、W、s均为定值，那 么感应电势e与线圈相对磁场的运动速度(v或ω)成正比。 根据上 述原理。人们设计了两种类型的结构：一种是变磁通式；另一种 是恒定磁通式。


霍尔元件材料
1．锗(Ge)，N型及P型均可。 2．硅(Si)．N型及P型均可。 3．砷化铟(InAs)和锑化铟(InSb)，这两种材料的特性 很相似。
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5.2.2 霍尔元件构造及测量电路
霍尔元件结构:
霍尔片 四极引线 壳体
图5-21 霍尔元件
图5-22 霍尔元件的基本测量电路 测量电路 霍尔元件的基本测量电路如图5-22所示。 激 励电流由电源E供给，可变电阻RP用来调节激 励电流I的大小。RL为输出霍尔电势UH的负载 电阻。通常它是显示仪表、记录装置或放大器 的输入阻抗。
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5.2.3 霍尔元件的主要技术指标


霍尔元件的主要技术指标:
额定激励电流IH 使霍尔元件温升 10℃所施加的控制电流值称为额定激励电 流。通常用IH表示。 输入电阻Ri 它是指控制电流极间的电阻值。它规定要在室温(20±5℃) 的环境温度中测取。 输出电阻Rs 它是指霍尔电极间的电阻值。规定中要求在(20±5℃)的条 件下测取。 不等位电势及零位电阻r0 当霍尔元件通以控制电流 IH 而不加外磁场时，它的霍尔输 出端之间仍有空载电势存在，该电势就称为不等位电势(或 零位电势)。
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5.2.4 霍尔元件的补偿电路
不等位电势的补偿
图5-23 不等位电势的补偿电路
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5.2.1霍尔效应和霍尔元件材料
霍尔效应
图5-20 霍尔效应原理图
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，如图5-20所 示。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UH。这种现象称为霍尔效应。霍尔式传 感器是由-11 图5-12 图5-13 图5-14 图5-15 图5-16 图5-17
无源积分电路 有源积分电路 无源和有源积分电路的对数渐近幅频特性 一个实用的有源积分电路 无源微分电路 基本有源微分电路 实用有源微分电路 有源微分电路的幅频特性
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微分电路
5.1.4 磁电感应式传感器应用举例
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5.1.3 测量电路
测量电路的方框图
图5-9 磁电感应式传感器测量电路方框图
磁电感应式传感器直接输出感应电势。所以任何具有一定工作频带 的电压表或示波器都可采用。并且由于该传感器通常具有较高的灵 敏度，所以一般不需要增益放大器。但磁电感应式传感器是速度传 感器，如要获取位移或加速度信号，就需配用积分电路或微分电路。
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5.1 磁电感应式传感器
磁电感应式传感器也称为电动式传感器，或感 应式传感器。它是利用导体和磁场发生相对运动而 在导体两端输出感应电势的。因此它是一种机一电 能量换型传感器，不需供电电源，是直接从被测物 体吸取机械能量并转换成电信号输出。
工作原理和结构类型 动态特性分析 测量电路 磁电感应式传感器应用举例
第5章 磁电式传感器
磁电式传感器是通过磁电作用将被测量(如振动、 位移、转速等)转换成电信号的一种传感器。磁电感 应式传感器、霍尔式传感器都是磁电式传感器。磁 电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动产 生感应电势的；霍尔式传感器为载流半导体在磁场 中有电磁效应(霍尔效应)而输出电势的。它们原理并 不完全相同，因此各有各的特点和应用范围。 5.1 磁电感应式传感器 5.2 霍尔式传感器 本章要点
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5.2.3 霍尔元件的主要技术指标
霍尔元件的主要技术指标:

寄生直流电势
当不加外磁场，控制电流改用额定交流电流时，霍尔电极 间的空载电势为直流与交流电势之和。其中的交流霍尔电 势与前述零位电势相对应，而直流霍尔电势是个寄生量， 称为寄生直流电势V。

热阻RQ
它表示在霍尔电极开路情况下，在霍尔元件上输入 lmW的 电功率时产生的温升，单位为C／mW。所以称它为热阻是 因为这个温升的大小在一定条件下与电阻有关。
磁电感应式振动速度传感器
图5-18 CD-1型振动速度传感器
磁电感应式转速传感器
图5-19 磁电感应式转速传感器
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5.2 霍尔式传感器
霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原 理而将被测量、如电流、磁场、位移、压力等转换 成电动势输出的一种传感器。
霍尔效应和霍尔元件材料 霍尔元件构造及测量电路 霍尔元件的主要技术指标 霍尔元件的补偿电路 霍尔式传感器的应用举例