铁磁式传感器 一文了解传感器的分类及应用

一文了解传感器的分类及应用

传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是当今世界极其重要的高科技，一切现代化仪器、设备几乎都离不开传感器。它是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术，是涉及微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、电路与系统、传感技术、神经网络技术以及模糊控制理论等多种学科的综合性技术，而该技术也广泛应用到了军事、太空探索、智能家居、农业、医疗等领域。

“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。

按被测物理量划分的传感器，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。

按工作原理可划分为：

1．电学式传感器

电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。

电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。

电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。

电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。

磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。

电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。

2．磁学式传感器

磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参数的测量。

3．光电式传感器

光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。

4．电势型传感器

电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。

5．电荷传感器

电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。

6．半导体传感器

半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。

7．谐振式传感器

谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。

8．电化学式传感器

电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。

另外，根据传感器对信号的检测转换过程，传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出，如光敏电阻受到光照射时，电阻值会发生变化，直接把光信号转换成电信号输出；后者则要把输入给传感器的非电量先转换成另外一种非电量，然后再转换成电信号输出，如采用弹簧管敏感元件制成的压力传感器就属于这一类，当有压力作用到弹簧管时，弹簧管产生形变，传感器再把变形量转换为电信号输出。

三、传感器的应用

1. 电阻式传感器

电阻式传感器的基本原理是将被测量的变化转化成为传感元件电阻值的变化再经过转换电路变成电信号输出。应用：1、应变电阻传感器，用来测量拉压应力，以及基于此的其它物理量;热敏电阻传感器，用来测量温度；滑臂式电阻传感器，用来测量几何位置（角度，位移）；磁敏电阻传感器，用来测量磁场。 ；光敏电阻传感器，用来测量光的强度；吸湿媒质电阻传感器，用来测量湿度；液体电阻率传感器，用来测量水溶离子浓度。

2. 电容式传感器

压电微位移、振动台，电子显微镜微调，天文望远镜镜片微调，精密微位移测量，量测液体位准、湿度、以及物质成分等。

3. 电感式传感器

检测距离的衰减性。滑翘为铁质，适合电感式传感器检测；而滑翘被测部分的尺寸略小于标准检测物尺寸（标准被测物尺寸为 3 倍额定检测距离，此应用中，标准尺寸应为 120*120mm），这样的话就会有一定的衰减；现场抗干扰能力。这个是不容忽视的问题，普通电感式传感器容易被电机或变频器干扰，很多技术人员只对在此附近的应用选择相应强抗电磁干扰的传感器。但在汽车制造车间，厂房大，现场技术人员习惯使用对讲机沟通，尤其是边走边用对讲机对话时，会不经意的靠近传感器，导致短暂失效；安装方面。随着电感式传感器的普及，传感器不仅仅在电气性能方面有所提升，其机械方面的设计也越来越人性化。要在最大程度的实现人性化安装。减少了多种近似产品的备货和减少了安装、维护的时间；稳定运行的保障。在车厂的使用中，要杜绝任何油污、尘污的侵蚀。另外，滑翘经过轨道时，震动是长期存在的，优异的抗震动性同样是有着非常重要的作用。

4. 磁电式传感器

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。

5. 电涡流式传感器

电涡流式传感器可应用于测量振动，位移，厚度，转数，温度，硬度等参数，还可以进行无损探伤。KD2306 电涡流式传感器在位移方面的应用，可用于旋转机器轴向位移和胀差检测。

6. 电势型传感器

电感式传感器具有结构简单、动态响应快、易实现非接触测量等突出的优点，特别适合用于酸类，碱类，氯化物，有机溶剂，液态 CO2，氨水，PVC 粉料，灰料，油水界面等液位测量，目前在冶金、石油、化工、煤炭、水泥、粮食等行业中应用广泛。

7. 半导体传感器

半导体传感器的主要应用领域是工业自动化、遥测、工业机器人、家用电器、环境污染监测、医疗保健、医药工程和生物工程。半导体传感器按输入信息分为物理敏感、化学敏感和生物敏感半导体传感器三类。

8. 谐振式传感器

谐振式传感器具有体积小、重量轻、结构紧凑、分辨率高、精度高以及便于数据传输、处理和存储等优点。主要用于测量压力，也用于测量转矩、密度、加速度和温度等。

9. 电化学式传感器

化学传感器在环境与卫生监测中的应用 ：在环境与卫生监测中，常用于湿球温湿度计、手摇湿温度计和通风湿温度计等仪器测定空气湿度。电化学生物传感器在疾病早期诊断中的应用：DNA 电化学生物传感器是近几年国际热点研究的一类新型生物传感器，其具有特异性强、灵敏度高、检测快速、简单经济的特点，因此在肿瘤等重大疾病的早期诊断中具有重要的意义。

一文解析霍尔效应传感器

磁传感器将磁或磁编码信息转换为电信号，以便通过电子电路进行处理。

磁传感器是固态设备，它们变得越来越流行，因为它们可以用于许多不同类型的应用，例如感测位置，速度或定向运动。它们也是电子设计人员的一种流行的传感器选择，因为它们具有非接触式无磨损操作，低维护，坚固的设计以及密封的霍尔效应设备，不受振动，灰尘和水的影响。

磁传感器的主要用途之一是用于感测位置，距离和速度的汽车系统。例如，曲柄轴的角度位置用于火花塞的点火角度，汽车座椅和用于安全气囊控制的座椅安全带的位置或用于防抱死制动系统的车轮速度检测（ABS）。

磁传感器设计用于响应各种不同应用中的各种正负磁场，一种类型的磁传感器，其输出信号是其周围磁场密度的函数，称为霍尔效应传感器。

霍尔效应传感器是由外部磁场激活的设备。我们知道磁场有两个重要特性：磁通密度，（B）和极性（北极和南极）。霍尔效应传感器的输出信号是器件周围磁场密度的函数。当传感器周围的磁通密度超过某个预设阈值时，传感器检测到它并产生称为霍尔电压V H的输出电压。请看下图。

霍尔效应传感器原理

霍尔效应传感器基本上由一块薄的矩形p型半导体材料组成，例如砷化镓（GaAs），锑化铟（InSb）或砷化铟（InAs），它们通过自身连续的电流。当器件放置在磁场中时，磁通线在半导体材料上施加力，该力使电荷载流子，电子和空穴偏转到半导体板的任一侧。电荷载流子的这种运动是它们经过半导体材料所经受的磁力的结果。

当这些电子和空穴移动侧边时，通过这些电荷载流子的积累在半导体材料的两侧之间产生电位差。然后，电子通过半导体材料的运动受到与其成直角的外部磁场的影响，并且这种效果在扁平矩形材料中更大。

通过使用磁场产生可测量电压的效果被称为18世纪70年代后发现它的霍华德霍尔的霍尔效应，霍尔效应的基本物理原理是洛伦兹力。以产生跨越所述装置的电势差的磁通线必须垂直，（90 ø到的电流的流动），并按照正确的极性，通常一个南极的。

霍尔效应提供有关磁极类型和磁场大小的信息。例如，南极会导致器件产生电压输出，而北极则无效。通常，当没有磁场存在时，霍尔效应传感器和开关被设计为处于“关闭”状态（开路状态）。它们仅在经受足够强度和极性的磁场时才变为“接通”，（闭路状态）。

霍尔效应磁传感器

基本霍尔元件的输出电压（称为霍尔电压，（V H））与通过半导体材料的磁场强度（输出αH ）成正比 。这个输出电压可以非常小，即使受到强磁场也只有几微伏，因此大多数商用霍尔效应器件都是通过内置直流放大器，逻辑开关电路和稳压器制造的，以提高传感器的灵敏度，滞后和输出电压。这也使霍尔效应传感器能够在更广泛的电源和磁场条件下工作。

霍尔效应传感器

霍尔效应传感器提供线性或数字输出。线性（模拟）传感器的输出信号直接取自运算放大器的输出，输出电压与通过霍尔传感器的磁场成正比。该输出霍尔电压如下：

线性或模拟传感器提供连续的电压输出，其随着强磁场而增加，并且随着弱磁场而减小。在线性输出霍尔效应传感器中，随着磁场强度的增加，放大器的输出信号也会增加，直到它开始饱和电源施加的限制。任何额外的磁场增加都不会对输出产生影响，但会使其更加饱和。

另一方面，数字输出传感器具有施密特触发器，内置滞后连接到运算放大器。当通过霍尔传感器的磁通量超过预设值时，器件的输出在其“关闭”状态之间快速切换到“接通”状态而没有任何类型的接触反弹。当传感器移入和移出磁场时，这种内置滞后消除了输出信号的任何振荡。然后数字输出传感器只有两种状态，“ON”和“OFF”。

有两种基本类型的数字霍尔效应传感器，双极和单极。双极传感器需要一个正磁场（南极）来操作它们，一个负磁场（北极）释放它们，而单极传感器只需要一个磁性南极来操作和释放它们进出磁场领域。

大多数霍尔效应器件不能直接切换大电气负载，因为它们的输出驱动能力非常小，大约10到20mA。对于大电流负载，将一个集电极开路（电流吸收）NPN晶体管添加到输出端。

该晶体管在其饱和区域内作为NPN吸收开关工作，只要施加的磁通密度高于“ON”预设点，就会使输出端短接到地。

输出开关晶体管可以是开放式发射极晶体管，开路集电极晶体管配置或两者都提供推挽输出型配置，其可以吸收足够的电流以直接驱动许多负载，包括继电器，电动机，LED和灯。

霍尔效应应用

霍尔效应传感器由磁场激活，并且在许多应用中，该装置可以由连接到移动轴或装置的单个永磁体操作。有许多不同类型的磁铁运动，例如“正面”，“侧面”，“推拉”或“推 - 推”等感应运动。对于每种类型的配置，为确保最大灵敏度，磁通线必须始终垂直于设备的感应区域，并且必须具有正确的极性。

同样为了确保线性，需要高磁场强度的磁体，其对于所需的运动产生大的场强变化。有运动的用于检测磁场几个可能的路径，和下面是两个使用单个磁体更常见的感测配置的：头接通检测和侧身检测。

正面检测

顾名思义，“正面检测”要求磁场垂直于霍尔效应传感装置，并且为了检测，它直接朝向活动面接近传感器。一种“正面”的方法。

这种正面接近方法产生输出信号V H，其在线性装置中表示磁场强度，磁通密度，作为远离霍尔效应传感器的距离的函数。磁场越近，因此磁场越强，输出电压越大，反之亦然。

线性器件还可以区分正磁场和负磁场。可以使非线性装置在远离磁体的预设气隙距离处触发输出“ON”以指示位置检测。

侧向检测

第二传感配置是“侧向检测”。这需要以横向运动的方式将磁铁移过霍尔元件的表面。

侧向或滑动通过检测是用于检测磁场的存在，因为它移过霍尔元件的面例如固定的气隙距离内，计数旋转磁体或电动机的旋转速度是有用的。

取决于磁场经过传感器的零场中心线时的位置，可以产生表示正输出和负输出的线性输出电压。这允许定向移动检测，其可以是垂直的也可以是水平的。

霍尔效应传感器有许多不同的应用，尤其是接近传感器。它们可以代替光学和光传感器使用，环境条件包括水，振动，污垢或油，例如汽车应用。霍尔效应器件也可用于电流检测。

当电流通过导体时，会在其周围产生圆形电磁场。通过将霍尔传感器放置在导体旁边，可以从产生的磁场测量从几毫安到数千安培的电流，而无需大型或昂贵的变压器和线圈。

除了检测磁铁和磁场的存在与否，霍尔效应传感器还可以通过在设备的有效区域后面放置一个小的永久“偏置”磁铁来检测铁磁材料，如铁和钢。传感器现在处于永久和静态磁场中，通过引入含铁材料对该磁场的任何变化或干扰都将被检测到，其灵敏度可能低至mV / G.

根据设备的类型，无论是数字还是线性，有许多不同的方法可将霍尔效应传感器连接到电气和电子电路。一个非常简单且易于构造的示例是使用如下所示的发光二极管。

位置检测器

当没有磁场存在时，该正面位置检测器将“关闭”（0高斯）。当永磁体南极（正高斯）垂直向霍尔效应传感器的有效区域移动时，器件变为“ON”并点亮LED。一旦切换为“ON”，霍尔效应传感器就会保持“ON”状态。

为了使设备和LED“关闭”，必须将磁场降低到单极传感器的释放点以下或暴露于双极传感器的磁北极（负高斯）。如果需要霍尔效应传感器的输出来切换较大的电流负载，则可以用更大的功率晶体管代替LED 。

相关问答

[回答]电涡流式传感器的种类有很多种:1. 高低温电涡流式传感器:高精确度、高低温、耐高压、高电磁辐射;2. KD2446电涡流扭矩传感器KD2446电涡流式传感器是...

传感器主要有电阻应变式、电容式、差动变动器式、压磁式、压电式、振频式、陀螺式等。下面对几种常用称重传感器进行简要阐述:1)电阻应变式与差动变压器式传...

很明显,铁磁性物质放在磁阻传感器周围较近处,将干扰地磁场的大小,甚至干扰局部地磁场的方向,使测量结果发生异常。利用这一点可以探测铁矿。很明显,铁磁性物...

铁磁材料的相对渗透率是一个描述材料磁性能的参数,它反映了材料在外加磁场下的磁化程度。相对渗透率是一个无量纲的数值,通常用符号μ表示。它可以通过测量材...

传感器采用高灵敏度磁敏电阻敏感元件内置永磁体实现非接触转速。主要测量对象为运动着的铁磁材料,如齿轮、齿条、凸轮和特制凸凹...齿轮测速(磁敏齿轮测速传...

超声波振子里用于振动的铁材质常见的有以下几种:1.铁磁材料:例如铁、镍、钴等。这些材料具有较高的磁导率和较好的磁性,可以有效地转换电能和磁能之间的相互...

[回答]据汽车维修网小编的了解不少朋友对一些汽车知识不是很了解的,为方便大家了解这些知识,那么今天汽车维修网小编给大家介绍一下关于偏心轴传感器的工...

[回答]所谓巨磁阻效应,是指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的现象.巨磁阻是一种量子力学效应,它产生于层状的磁性薄膜结...

磁性材料是古老而用途十分广泛的功能材料,物质的磁性早在3000年以前就被人们所认识和应用,例如中国古代用天然磁铁作为指南针。自然界中广泛存在的磁铁矿,就是...

[最佳回答]偏心轴传感器原理根据磁阻效应工作。偏心传感器配有两个独立的角度传感器,它们具有相反的特性。当附近的磁场改变位置时,铁磁导体将改变其电阻。关...