1、第六章電動勢式傳感器第六章第六章 電動勢式傳感器電動勢式傳感器6.1 磁電式傳感器磁電式傳感器 磁電式傳感器是一種利用電磁感應原理，將運動磁電式傳感器是一種利用電磁感應原理，將運動速度轉換成線圈中的感應電動勢輸出的傳感器。速度轉換成線圈中的感應電動勢輸出的傳感器。 第六章電動勢式傳感器一工作原理一工作原理電磁感應定律電磁感應定律 dtdNedtdxBlBlve 感應電動勢與線圈對磁場的相對運動線速度或角感應電動勢與線圈對磁場的相對運動線速度或角速度成正比，因此磁電式傳感器用于測量線速度與角速度成正比，因此磁電式傳感器用于測量線速度與角速度。速度。 在測量電路中接入微分或積分電路則可用來測量在測

2、量電路中接入微分或積分電路則可用來測量運動的位移和加速度。運動的位移和加速度。 第六章電動勢式傳感器二傳感器的靈敏度二傳感器的靈敏度1BdtdxeS三三 測量電路測量電路第六章電動勢式傳感器 四應用舉例四應用舉例 1振動速度傳感器振動速度傳感器 第六章電動勢式傳感器 2直流測速發電機直流測速發電機 它的結構類似小型直流電機，大多采用永磁勵磁方它的結構類似小型直流電機，大多采用永磁勵磁方式，其輸出直流電壓為式，其輸出直流電壓為 nKUe 一般的直流伺服電機雖然結構與測速電機相同，但由一般的直流伺服電機雖然結構與測速電機相同，但由于測量誤差較大，在測量精度要求較高時不能用作測速發于測量誤差較大，在

3、測量精度要求較高時不能用作測速發電機電機沒有相位誤差，但結構復雜、價格貴、會產生高頻干擾沒有相位誤差，但結構復雜、價格貴、會產生高頻干擾第六章電動勢式傳感器3交流測速發機交流測速發機 KnU 0第六章電動勢式傳感器4磁電式轉速傳感器磁電式轉速傳感器輸出頻率輸出頻率 60Nnf 第六章電動勢式傳感器5電磁流量計電磁流量計BdvE vdQ241因為因為所以所以QdBE4第六章電動勢式傳感器 壓電傳感是以某些物質的壓電效應為基礎的一種有源壓電傳感是以某些物質的壓電效應為基礎的一種有源傳感器。在外力作用下，某些物質變形后其表面會產生電傳感器。在外力作用下，某些物質變形后其表面會產生電荷，從而實現非電量

4、電測的目的。荷，從而實現非電量電測的目的。 壓電傳感器尺寸小，重量輕，工作頻率寬，可測量變壓電傳感器尺寸小，重量輕，工作頻率寬，可測量變化很快的動態壓力、加速度、振動等。化很快的動態壓力、加速度、振動等。第六章電動勢式傳感器一壓電效應一壓電效應 某些電介質物質，當沿一定方向受到外力作用而變形某些電介質物質，當沿一定方向受到外力作用而變形時，在它的兩個表面會產生符號相反的電荷；當將外力去時，在它的兩個表面會產生符號相反的電荷；當將外力去掉后，又重新回到不帶電狀態，這種現象稱為壓電效應。掉后，又重新回到不帶電狀態，這種現象稱為壓電效應。第六章電動勢式傳感器xyF+ +- - - - - - - -

5、xy+ +- - - - - - - -Fxy- - - - - - - -+ +Fxy+ +- - - - - - - -F沿沿X軸方向受壓力軸方向受壓力沿沿X軸方向受拉力軸方向受拉力沿沿Y軸方向受壓力軸方向受壓力沿沿Y軸方向受拉力軸方向受拉力晶片上電荷的極性與受力方向的關系晶片上電荷的極性與受力方向的關系第六章電動勢式傳感器二壓電材料二壓電材料1壓電晶體石英晶體石英晶體SiO2），鈮酸鋰），鈮酸鋰(LiNbO3)，鉭酸鋰，鉭酸鋰(LiTaO3)，鍺酸鋰鍺酸鋰(LiGeO3)2壓電陶瓷鈦酸鋇鈦酸鋇BaTiO3），鋯鈦酸鋇），鋯鈦酸鋇PZT等等聚二氟乙烯聚二氟乙烯PVF2高分子壓電材料高分子壓

6、電材料第六章電動勢式傳感器未極化時，電疇排列雜未極化時，電疇排列雜亂無章。呈中性，不具亂無章。呈中性，不具有壓電性質。有壓電性質。在施加外電場時，電疇在施加外電場時，電疇轉到與外電場一致。轉到與外電場一致。+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 極化后，兩端出現束縛電荷，極化后，兩端出現束縛電荷，吸引一層外來電荷，因而仍呈吸引一層外來電荷，因而仍呈中性。在外力的作用下，極化中性。在外力的作用下，極化電疇變化使兩極

7、板上電荷變化。電疇變化使兩極板上電荷變化。第六章電動勢式傳感器三壓電傳感器的等效電路三壓電傳感器的等效電路aCqU hACaaaCC aCqU 1. 壓電傳感器的等效電路壓電傳感器的等效電路第六章電動勢式傳感器2. 壓電晶片的連接方式壓電晶片的連接方式串聯串聯并聯并聯CCUUQQ2,22,2,CCUUQQ第六章電動勢式傳感器2,2,CCUUQQ2,2,CCUUQQ四壓電傳感器的測量電路前置放大器）四壓電傳感器的測量電路前置放大器）1. 電壓放大器電壓放大器采用電壓放大器要采用電壓放大器要考慮的兩個主要問考慮的兩個主要問題題 （1輸入電阻要大輸入電阻要大電路的時間常數是由等效電阻及等效電容來決定

8、的電路的時間常數是由等效電阻及等效電容來決定的 前置放大器有兩個作用：前置放大器有兩個作用： (1) 放大傳感器輸出的微弱信號；放大傳感器輸出的微弱信號； (2) 將傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出。將傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出。第六章電動勢式傳感器（2） 測量系統的靈敏度與連接電纜的分布電容有關測量系統的靈敏度與連接電纜的分布電容有關傳感器的輸出電壓或電壓放大器的輸入電壓傳感器的輸出電壓或電壓放大器的輸入電壓 iCaiCCCqu 可見，當改變連接傳感器與前置放大器的電纜長度可見，當改變連接傳感器與前置放大器的電纜長度時，時，CC 將改變，將改變，ui 也隨之變化，從而使整個測量系統

9、也隨之變化，從而使整個測量系統的輸出電壓與電纜電容有關的輸出電壓與電纜電容有關 為了保證測量系統有一定的帶寬，要求輸入電阻一定要大為了保證測量系統有一定的帶寬，要求輸入電阻一定要大)(/(icaiaCCCRRRC第六章電動勢式傳感器2、電荷放大器、電荷放大器電荷放大器是一個有反饋電容的高增益運算放大器電荷放大器是一個有反饋電容的高增益運算放大器 )U(UCUCUCUCqoifiiiciaioAUU在不考慮電荷泄漏的情況下不考慮電阻）在不考慮電荷泄漏的情況下不考慮電阻）第六章電動勢式傳感器ificaUCACCC)1 ()AU(UCUCUCUCqiifiiiciafficaioCqCACCCAqA

10、UU)1 (ficaiCACCCqU)1 ( 在電荷放大器中，輸出電壓與電纜電容無關，只與電在電荷放大器中，輸出電壓與電纜電容無關，只與電荷成正比，這是電荷放大器的突出優點荷成正比，這是電荷放大器的突出優點 第六章電動勢式傳感器電路的時間常數是由等效電阻及等效電容來決定的電路的時間常數是由等效電阻及等效電容來決定的fificaiaACRCACCCRR)1 ()/(ficaCACCCC)1 ( )/(iaRRR 與使用電壓放大器相比時間常數要大得多，對輸入電與使用電壓放大器相比時間常數要大得多，對輸入電阻的要求相對降低阻的要求相對降低 第六章電動勢式傳感器五應用舉例五應用舉例1壓電加速度傳感器壓

11、電加速度傳感器2壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器3基于壓電效應的超聲波傳感器基于壓電效應的超聲波傳感器(1) 探傷探傷(2) 側厚側厚(3) 檢測材料檢測材料第六章電動勢式傳感器6.3 霍爾傳感器霍爾傳感器一霍爾元件的基本工作原理一霍爾元件的基本工作原理1半導體材料的霍爾效應半導體材料的霍爾效應 在圖中所示的半導體薄片兩端通以電流在圖中所示的半導體薄片兩端通以電流I，并在薄片，并在薄片的垂直方向上施加磁感應強度為的垂直方向上施加磁感應強度為B的磁場，那么，在垂直的磁場，那么，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電勢于電流和磁場的方向上將產生電勢EH稱為霍爾電動稱為霍爾電動勢）。這種現象成為霍爾效應

12、。勢）。這種現象成為霍爾效應。 第六章電動勢式傳感器2工作原理工作原理)(VdIBREHHIBKEHH3. 基本電路基本電路第六章電動勢式傳感器二二 霍爾元件的測量誤差及其補償霍爾元件的測量誤差及其補償 1不等位電勢及其補償不等位電勢及其補償IBKEUHHo當磁場為零時輸出電壓應該為零，如果此時輸出電壓不當磁場為零時輸出電壓應該為零，如果此時輸出電壓不為零，即意味著存在著一個零位誤差為零，即意味著存在著一個零位誤差不等位電勢。不等位電勢。第六章電動勢式傳感器第六章電動勢式傳感器2溫度誤差及其補償溫度誤差及其補償IBKEUHHo)1 (0tRRii)1 (0tKKHH補償方法補償方法（1恒流源供

13、電恒流源供電第六章電動勢式傳感器（2恒流源供電再并一個合適的電阻恒流源供電再并一個合適的電阻當溫度為當溫度為 T0 時時 0iiRR 0HHKKIrRrIpiPH00BIKUHHo000BIKEHHH000當溫度為當溫度為 T 時時 )1 (0tRRii)1 (0tKKHH第六章電動勢式傳感器IrRrIpipHBItKBIKUHHHHo)1 (0要求溫度變化時輸出不變要求溫度變化時輸出不變 即即0ooUU BIKBItKHHHH000)1 (0)1 (HHIItIrRrIrRrtpippip0)1 (pipirRrRt0)1 (第六章電動勢式傳感器piipipirRtRrRrtRt00001)1 ()1 (piirRR000ipRr第六章電動勢式傳感器三霍爾傳感器的使用三霍爾傳感器的使用1主要技術參數主要技術參數（1輸入電阻輸入電阻RIN和輸出電阻和輸出電阻Rout）（2額定控制電流額定控制電流 IC（3寄生直流電勢寄生直流電勢UOD（4不等位電勢不等位電勢U0和不等位電阻和不等位電阻R0 （不等位電勢與額定控制電流之比稱為不等位電阻。）（不等位電勢與額定控制電流之比稱為不等位電阻。）（5靈敏度靈敏度KH（6霍爾電勢溫度系數霍爾電勢溫度系數（7電阻