第7章 磁傳感器-醫(yī)學傳感器

1、Page 2醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室引言引言n磁電傳感器也稱電動式傳感器或感應(yīng)式傳感磁電傳感器也稱電動式傳感器或感應(yīng)式傳感器，它是利用電磁感應(yīng)原理將運動速度轉(zhuǎn)換器，它是利用電磁感應(yīng)原理將運動速度轉(zhuǎn)換成線圈中的感應(yīng)電勢輸出。成線圈中的感應(yīng)電勢輸出。n磁敏傳感器是利用對磁場敏感的元件制成的磁敏傳感器是利用對磁場敏感的元件制成的傳感傳感n磁電感應(yīng)式傳感器是利用導體和磁場發(fā)生相磁電感應(yīng)式傳感器是利用導體和磁場發(fā)生相對運動產(chǎn)生電動式的，它不需要輔助電源就對運動產(chǎn)生電動式的，它不需要輔助電源就能把被測對象的機械量轉(zhuǎn)換成易于測量的電能把被測對象的機械量轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號，是有源傳感器。信號，是有源傳

2、感器。n由于它輸出功率大且性能穩(wěn)定，具有一定的由于它輸出功率大且性能穩(wěn)定，具有一定的工作帶寬（工作帶寬（101000 Hz），所以得到普遍），所以得到普遍的應(yīng)用。的應(yīng)用。Page 3醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室第一節(jié) 磁電式傳感器第二節(jié) 電磁流量計第三節(jié) 霍爾傳感器第四節(jié) 其他類型傳感器第五節(jié) 磁傳感器的生物醫(yī)學應(yīng)用Page 4醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室一、磁電式傳感器的基本原理一、磁電式傳感器的基本原理根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當w匝線圈在恒定磁場內(nèi)運動匝線圈在恒定磁場內(nèi)運動時，設(shè)穿過線圈的磁通為時，設(shè)穿過線圈的磁通為，則線圈內(nèi)的感應(yīng)電勢，則線圈內(nèi)的感應(yīng)電勢E與磁通變化率與磁通

3、變化率d/dt有如下關(guān)系：有如下關(guān)系： 根據(jù)這一原理，可以設(shè)計成兩種磁電傳感器結(jié)構(gòu)：根據(jù)這一原理，可以設(shè)計成兩種磁電傳感器結(jié)構(gòu)：變磁通式變磁通式和和恒磁通式恒磁通式。dtdWePage 5醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室第一節(jié)第一節(jié) 磁電式傳感器磁電式傳感器右圖所示的結(jié)構(gòu)式線圈做直線運動的磁電式傳感器，它所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e為：sinsinWBLvdtdxWBLeB- 工作氣隙中的磁感應(yīng)強度（工作氣隙中的磁感應(yīng)強度（T）；）；L- 每匝線圈的有效長度（每匝線圈的有效長度（m）；）；V- 是線圈與磁場的相對直線的速度（是線圈與磁場的相對直線的速度（m/s）；）； - 線圈運動方向和磁場方向的夾角。線

4、圈運動方向和磁場方向的夾角。Page 6醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室右圖所示的結(jié)構(gòu)式線圈做直線運動的磁電式傳感器，它所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e為：tWBAdtdWBAdtdBAWesinsinsincos- 線圈面的法線方向和磁場方向的夾角, =t 。A- 線圈所包圍的面積； - 角頻率，=d/dt；Page 7醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室二、磁電式傳感器的結(jié)構(gòu)與分類1. 恒定磁通磁電式傳感器n 這種傳感器工作磁場很定，線圈和磁鐵兩者之間產(chǎn)生相對運動，切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。Page 8醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室Page 9醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室n 磁路系統(tǒng)產(chǎn)生恒定的直流磁場，磁路中的工作

5、氣隙固定不變，因而氣隙中磁通也是恒定不變的。其運動部件可以是線圈（動圈式），也可以是磁鐵（動鐵式），動圈式（如圖（a）和動鐵式（如圖（b）的工作原理是完全相同的。當殼體隨被測振動體一起振動時，由于彈簧較軟，運動部件質(zhì)量相對較大。當振動頻率足夠高（遠大于傳感器固有頻率）時，運動部件慣性很大，來不及隨振動體一起振動，近乎靜止不動，振動能量幾乎全被彈簧吸收，永久磁鐵與線圈之間的相對運動速度接近于振動體振動速度，磁鐵與線圈的相對運動切割磁力線，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢為: Page 10醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室n 因恒定磁通磁電式傳感器的工作頻率不高，傳感器能輸出較大的信號，所以對變換電路要求不高，采用一

6、般放大交流放大器就能滿足要求。恒定磁通磁電式傳感器信號變換電路恒定磁通磁電式傳感器信號變換電路Page 11醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室2. 變磁阻式磁電傳感器 圖（a）為開磁路變磁 通式：線圈、磁鐵靜止 不動，測量齒輪安裝在被 測旋轉(zhuǎn)體上，隨之一起轉(zhuǎn) 動。每轉(zhuǎn)動一個齒，齒的 （a） 凹凸引起磁路磁阻變化一次，磁通也就變化一次，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其變化頻率等于被測轉(zhuǎn)速與測量齒輪齒數(shù)的乘積。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，但輸出信號較小，且因高速軸上加裝齒輪較危險而不宜測量高轉(zhuǎn)速。Page 12醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室 圖6-1（b）為閉磁路變磁 通式，它由裝在轉(zhuǎn)軸上的 內(nèi)齒輪和外齒輪、永久磁 鐵和感

7、應(yīng)線圈組成，內(nèi)外 齒輪齒數(shù)相同。當轉(zhuǎn)軸連 接到被測轉(zhuǎn)軸上時，外齒 （b） 輪不動，內(nèi)齒輪隨被測軸而轉(zhuǎn)動，內(nèi)、外齒輪的相對轉(zhuǎn)動使氣隙磁阻產(chǎn)生周期性變化，從而引起磁路中磁通的變化，使線圈內(nèi)產(chǎn)生周期性變化的感生電動勢。感應(yīng)電勢的頻率與被測轉(zhuǎn)速成正比。Page 13醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室3. 磁電感應(yīng)式傳感器基本特性磁電感應(yīng)式傳感器基本特性n 當測量電路接入磁電傳感器電路中，磁電傳感器當測量電路接入磁電傳感器電路中，磁電傳感器的輸出電流的輸出電流 I 為為: （6-3）式中：式中： Rf測量電路輸入電阻；測量電路輸入電阻； R 線圈等效電阻。線圈等效電阻。n 傳感器的電流靈敏度為傳感器的電流靈敏

8、度為:00ffB LwvEIRRRR00(64)IfIB LwSvRRPage 14醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室n 而傳感器的輸出電壓和電壓靈敏度分別為而傳感器的輸出電壓和電壓靈敏度分別為: n 當傳感器的工作溫度發(fā)生變化或受到外界磁場干擾、當傳感器的工作溫度發(fā)生變化或受到外界磁場干擾、 機械振動或沖擊時，其靈敏度將發(fā)生變化而產(chǎn)生測機械振動或沖擊時，其靈敏度將發(fā)生變化而產(chǎn)生測量誤差。相對誤差為量誤差。相對誤差為 n 磁電式傳感器在使用時存在誤差，主要為非線性誤磁電式傳感器在使用時存在誤差，主要為非線性誤差和溫度誤差。差和溫度誤差。000(65)fffB LwvRUI RRR00(66)fUfB

9、 Lw RUSvRR(67)IIdsdBdLdRsBLRPage 15醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室傳感器電流的磁場效應(yīng)傳感器電流的磁場效應(yīng)非線性誤差 磁電式傳感器產(chǎn)生非線性誤差的主要原因是：由于傳感器線圈內(nèi)有電流I流過時，將產(chǎn)生一定的交變磁通I，此交變磁通疊加在永久磁鐵所產(chǎn)生的工作磁通上，使恒定的氣隙磁通變化如圖所示。 Page 16醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室溫度誤差 當溫度變化時，式中右邊三項都不為零，對銅線而言每攝氏度變化量為dL/L0.16710-4，dR/R0.4310-2，dB/B每攝氏度的變化量取決于永久磁鐵的磁性材料。對鋁鎳鈷永久磁合金，dB/B-0.0210-2，這樣由式（6

10、-7）可得近似值： 這一數(shù)值是很可觀的，所以需要進行溫度補償。補償通常采用熱磁分流器。熱磁分流器由具有很大負溫度系數(shù)的特殊磁性材料做成。它在正常工作溫度下已將空氣隙磁通分路掉一小部分。 4.5% 10tC Page 17醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室 磁電式傳感器直接輸出感應(yīng)電動勢，且傳感器磁電式傳感器直接輸出感應(yīng)電動勢，且傳感器通常具有較高的靈敏度，不需要高增益放大器。但通常具有較高的靈敏度，不需要高增益放大器。但磁電式傳感器是速度傳感器，若要獲取被測位移或磁電式傳感器是速度傳感器，若要獲取被測位移或加速度信號，則需要配用積分或微分電路。圖為一加速度信號，則需要配用積分或微分電路。圖為一般測量

11、電路方框圖。般測量電路方框圖。磁電感應(yīng)式傳感器測量電路方框圖磁電感應(yīng)式傳感器測量電路方框圖4.磁電感應(yīng)式傳感器測量電路Page 18醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室第二節(jié)第二節(jié) 電磁流量計電磁流量計n 電磁流量計是一種常見的磁電式傳感器，并廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學工程中。n 電磁流量計能夠連續(xù)測量血壓的瞬時流速或平均流速，并換算出流量。一、電磁流量計的工作原理Page 19醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室n 當導電液體（如血液）再非導磁的導管（如血管）中以均勻速度v流動，其流動方向與磁場方向垂直，在管道直徑EE（同時垂直于流速方向和磁力線方向）處裝上一對電極，則感應(yīng)電動勢e可由電極引出。這種情況相當于一長為

12、導管直徑的導線（L=2r）在做切割磁力線運動。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理：vrBe2r- 導管半徑（導管半徑（m）；）；B 氣隙磁通密度氣隙磁通密度 (Wb/m2);v 導管內(nèi)液體速度導管內(nèi)液體速度 （m/s）；）；Page 20醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室n 由于液體在管道中橫截面上的流速是不均勻的，導管由于液體在管道中橫截面上的流速是不均勻的，導管軸心處的速度最快，越靠近導管管壁流速越小，并以軸心處的速度最快，越靠近導管管壁流速越小，并以導管軸線對稱。這種軸對稱的情況產(chǎn)生的電動勢與平導管軸線對稱。這種軸對稱的情況產(chǎn)生的電動勢與平均速度的關(guān)系表示為：均速度的關(guān)系表示為：vrBVe22/ rQvr

13、QBe2將平均速度以流量代替，即 ，代入上式，得：Page 21醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室二、二、 電磁流量計的醫(yī)學應(yīng)用電磁流量計的醫(yī)學應(yīng)用電磁血流量計電磁血流量計1. 電磁血流量計的組成電磁血流量計的組成Page 22醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室2. 電磁血流量計的探電磁血流量計的探頭頭血管外電磁血流傳血管外電磁血流傳感器感器鉗型（用于心血管手術(shù)）鉗型（用于心血管手術(shù)）管型（用于動物實驗）管型（用于動物實驗）n導管尖端式電磁血流傳感器導管尖端式電磁血流傳感器n 用以測量血管內(nèi)血流狀態(tài)的傳感器，主要用于用以測量血管內(nèi)血流狀態(tài)的傳感器，主要用于測量主動脈根部血流，并同時測主動脈血壓測量主動脈根

14、部血流，并同時測主動脈血壓n外磁場式插入型血流量探頭外磁場式插入型血流量探頭n 用來測量動物血管中的血流量，需外界提供磁場。用來測量動物血管中的血流量，需外界提供磁場。Page 23醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室n電磁血流量計測量精度的影響因素電磁血流量計測量精度的影響因素Page 24醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室3. 電磁血流量計的檢查電路n 采用交變電流激勵，對應(yīng)不同的激勵方式，采用不同的信號檢查系統(tǒng)。n 頻率選擇：血流信號的最高頻率：fM 激勵電流頻率：fe （2001000Hz） 傳感器輸出信號帶寬： fe-fM fe+fM n克服變壓器效應(yīng)：交變磁場中磁通密度的變化將在此回路中產(chǎn)生感應(yīng)

15、電動勢。 為了克服變壓器效應(yīng)，要選擇適當?shù)膭畲烹娏鞑ㄐ?，并設(shè)計相應(yīng)的信號檢測電路。Page 25醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室第三節(jié)第三節(jié) 霍爾傳感器霍爾傳感器 霍爾傳感器為載流半導體在磁場中有電磁效霍爾傳感器為載流半導體在磁場中有電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）而輸出電動勢的一種傳感器。應(yīng)（霍爾效應(yīng)）而輸出電動勢的一種傳感器。 n隨著半導體技術(shù)的發(fā)展，開始用半導體材料隨著半導體技術(shù)的發(fā)展，開始用半導體材料制成霍爾元件，由于它的霍爾效應(yīng)顯著而得制成霍爾元件，由于它的霍爾效應(yīng)顯著而得到應(yīng)用和發(fā)展。到應(yīng)用和發(fā)展。n霍爾傳感器廣泛用于電磁測量電流、磁場、霍爾傳感器廣泛用于電磁測量電流、磁場、壓力、加速度、振動等方

16、面的測量。壓力、加速度、振動等方面的測量。 Page 26醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室一、霍爾傳感器的工作原理及特性一、霍爾傳感器的工作原理及特性1. 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng) 置于磁場中的靜止載流導體，當它的電流方向與磁置于磁場中的靜止載流導體，當它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導體上平行于電流和磁場方場方向不一致時，載流導體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效向上的兩個面之間產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)，該電勢稱霍爾電勢，半導體薄片稱霍爾元件。應(yīng)，該電勢稱霍爾電勢，半導體薄片稱霍爾元件。在垂直于外磁場B的方向上放置一個導電板，導電板通以電流I，方向如圖所示。Pag

17、e 27醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室導電板中的電流是金屬中自由電子在電場作用下的定向運動。此時，每個電子受洛侖磁力Fm的作用，F(xiàn)m的大小為： 式中：e-電子電荷； v-電子運動平均速度； B-磁場的磁感應(yīng)強度。 mFevB 101.602 10eCPage 28醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室Fm的方向如圖所示，此時電子除了沿電流反方向作定向運動外，還在Fm的作用下向上漂移，結(jié)果使金屬導電板上底面積累電子，而下底面積累正電荷，從而形成了附加內(nèi)電場EH，稱霍爾電場，該電場強度為: 此時電荷不再向兩底面積累，達到平衡狀態(tài)。 bUEHHvBEHevBeEHbvBUH勻強電場場強公式：E=U/d 任何電場

18、中都適用的：E=F/q 平行板電容器間的場強E=U/d=4kQ/S 介質(zhì)中點電荷的場強：E=kQ/(*r2) Page 29醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室 若金屬導電板單位體積內(nèi)電子數(shù)為n，電子定向運動平均速度為v，則激勵電流I=nvbd（-e），則: 將式代入式得: 將上式代入式得: Ivbdne HIBEbdne HIBUned Page 30醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室式中令RH=-1/（ne），稱之為霍爾常數(shù)，其大小取決于導體載流子密度，則: 式中:KH=RH /d 稱為霍爾片的靈敏度。由上式可見，霍爾電勢正比于激勵電流及磁感應(yīng)強度，其靈敏度與霍爾常數(shù)RH成正比而與霍爾片厚度d成反比。為

19、了提高靈敏度，霍爾元件常制成薄片形狀。HHHIBURK IBdPage 31醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室(6 18)HHIBBIURpedd上述推導是針對N型半導體，對于P型半導體，則:式中：對霍爾片材料的要求，希望有較大的霍爾常數(shù) RH，霍爾元件激勵極間電阻 ，同時，其中U I為加在霍爾元件兩端的激勵電壓，EI為霍爾元件激勵極間內(nèi)電場，v為電子移動的平均速度。1(6 19)HRpeLRbdIIUE LvLRIIunevbdPage 32醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室則:解得 : (620)LLbdnebd (621)HR 從式（6-21）可知，霍爾常數(shù)等于霍爾片材料的電阻率與電子遷移率的乘積。

20、若要霍爾效應(yīng)強，即霍爾電勢大，則RH值大，因此要求霍爾片材料有較大的電阻率和載流子遷移率。此外，霍爾電勢的大小還與霍爾元件的幾何尺寸有關(guān)。Page 33醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室n 一般要求霍爾元件靈敏度越大越好，霍爾元件的厚度d與KH成反比，因此，霍爾元件的厚度越小，其靈敏度越高。當霍爾元件的寬度b加大，或L/b 減小時，載流子在偏轉(zhuǎn)過程中的損失將加大，使UH下降。通常要對式（6-17）加以形狀效應(yīng)修正： ( )(623)HHLUK IBfbPage 34醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室2. 霍爾元件的電磁特性 UH I 特性特性 UH B 特性特性Page 35醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室n

21、R B 特性特性Page 36醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室二、霍爾元件的誤差以及補償二、霍爾元件的誤差以及補償1. 霍爾元件不等位電勢補償霍爾元件不等位電勢補償 不等位電勢與霍爾電勢具有相同的數(shù)量級，有時甚至超過霍爾不等位電勢與霍爾電勢具有相同的數(shù)量級，有時甚至超過霍爾電勢，因而必須采用補償?shù)姆椒?。如圖所示電勢，因而必須采用補償?shù)姆椒?。如圖所示 。不等位電勢補償電路不等位電勢補償電路Page 37醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室其中A、B為激勵電極，C、D為霍爾電極，極分布電阻分別用R1、 R2、 R3、 R4表示。理想情況下，R1=R2=R3=R4，即可取得零位電勢為零（或零位電阻為零）。實際上

22、，由于不等位電阻的存在，說明此四個電阻值不相等，可將其視為電橋的四個橋臂，則電橋不平衡。為使其達到平衡，可在阻值較大的橋臂上并聯(lián)電阻（如圖6-12（a）所示），或在兩個橋臂上同時并聯(lián)電阻（如圖6-12（b）所示）。Page 38醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室2. 霍爾元件溫度補償霍爾元件溫度補償霍爾元件是采用半導體材料制成的，因此它們的許多參數(shù)都具霍爾元件是采用半導體材料制成的，因此它們的許多參數(shù)都具有較大的溫度系數(shù)。有較大的溫度系數(shù)。為了減小霍爾元件的溫度誤差，除選用溫度系數(shù)小的元件或采為了減小霍爾元件的溫度誤差，除選用溫度系數(shù)小的元件或采用恒溫措施外，由用恒溫措施外，由UH=KHIB可看出：

23、采用恒流源供電是個有可看出：采用恒流源供電是個有效措施，可以使霍爾電勢穩(wěn)定。但也只能減小由于輸入電阻隨效措施，可以使霍爾電勢穩(wěn)定。但也只能減小由于輸入電阻隨溫度變化而引起的激勵電流溫度變化而引起的激勵電流I變化所帶來的影響。霍爾元件的變化所帶來的影響。霍爾元件的靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)KH也是溫度的函數(shù)，它隨溫度的變化引起霍爾電勢也是溫度的函數(shù)，它隨溫度的變化引起霍爾電勢的變化。霍爾元件的靈敏度系數(shù)與溫度的關(guān)系可寫成：的變化?；魻栐撵`敏度系數(shù)與溫度的關(guān)系可寫成： 1HHOKKT Page 39醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室 式中：式中：KHO-溫度溫度T0時的時的KH值；值； T=T-T0-溫度變化

24、量；溫度變化量； -霍爾電勢溫度系數(shù)?；魻栯妱轀囟认禂?shù)。并且大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)并且大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)是正值，它們的霍爾是正值，它們的霍爾電勢隨溫度升高而增加（電勢隨溫度升高而增加（1+T）倍。如果，與此同時）倍。如果，與此同時讓激勵電流讓激勵電流I相應(yīng)地減小，并能保持相應(yīng)地減小，并能保持KHI乘積不變，也就乘積不變，也就抵消了靈敏系數(shù)抵消了靈敏系數(shù)KH增加的影響。圖增加的影響。圖6-13就是按此思路設(shè)就是按此思路設(shè)計的一個既簡單、計的一個既簡單、 補償效果又較好的補償電路。電路補償效果又較好的補償電路。電路中用一個分流電阻中用一個分流電阻Rp與霍爾元件的激勵電極相并聯(lián)從而與霍爾元件

25、的激勵電極相并聯(lián)從而達到補償?shù)哪康?。達到補償?shù)哪康摹?1HHOKKT Page 40醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室圖圖6-13 6-13 恒流源溫度補償電路恒流源溫度補償電路 在圖所示的溫度補償電路中，設(shè)初始溫度為在圖所示的溫度補償電路中，設(shè)初始溫度為T0T0，霍爾霍爾元件輸入電阻為元件輸入電阻為Ri0Ri0，靈敏系數(shù)為靈敏系數(shù)為KH1KH1，分流電阻為分流電阻為Rp0Rp0，根據(jù)分流概念得根據(jù)分流概念得 ：Page 41醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室0000(624)PHPiR IIRR當溫度升至當溫度升至T T時，電路中各參數(shù)變?yōu)闀r，電路中各參數(shù)變?yōu)?0(1)(625)iiRRT 0(1)(6

26、26)PPRRT式中：式中：霍爾元件輸入電阻溫度系數(shù)；霍爾元件輸入電阻溫度系數(shù)；分流電阻溫度系數(shù)。分流電阻溫度系數(shù)。則：則：000(1)(1)(1)PPHPiPiRT IR IIRRRTRT Page 42醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室溫度升高溫度升高T，為使霍爾電勢不變，補償電路必須滿，為使霍爾電勢不變，補償電路必須滿足溫升前、后的霍爾電勢不變，即足溫升前、后的霍爾電勢不變，即 :將式（將式（6-20）、（）、（6-21）、（）、（6-24）代入上式，經(jīng)整理）代入上式，經(jīng)整理并略去并略去、T2高次項后得高次項后得:00(629)PiRR000(627)HHHHHHUKIBUK I B00(62

27、8)HHHHKIK IPage 43醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室當霍爾元件選定后，它的輸入電阻當霍爾元件選定后，它的輸入電阻Ri0和溫度系數(shù)和溫度系數(shù)及及霍爾電勢溫度系數(shù)霍爾電勢溫度系數(shù)是確定值。由式（是確定值。由式（6-27）即可計算）即可計算出分流電阻出分流電阻Rp0及所需的溫度系數(shù)及所需的溫度系數(shù)值。為了滿足值。為了滿足R0及及兩個條件，分流電阻可取溫度系數(shù)不同的兩種電阻兩個條件，分流電阻可取溫度系數(shù)不同的兩種電阻的串、并聯(lián)組合，這樣雖然麻煩但效果很好。的串、并聯(lián)組合，這樣雖然麻煩但效果很好。Page 44醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室三、集成霍爾傳感器1. 集成線性霍爾傳感器Page 4

28、5醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室2. 集成開關(guān)式霍爾傳感器Page 46醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室第四節(jié)第四節(jié) 其他類型的磁傳感器其他類型的磁傳感器一、磁敏電阻式傳感器磁敏電阻器是基于磁阻效應(yīng)的磁敏元件。磁敏電阻是磁阻位移傳感器、無觸點開關(guān)等的核心部件。1. 磁阻效應(yīng)當一載流導體置于磁場中，其電阻會隨磁場而變化，這種現(xiàn)象被稱為磁阻效應(yīng)。Page 47醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室n 當溫度恒定時，在磁場內(nèi)，磁阻和磁感應(yīng)強度B的平方成正比，即磁阻效應(yīng)方程： 式中：式中： - 磁感應(yīng)強度為磁感應(yīng)強度為B的電阻率；的電阻率； 0 - 零磁場下的電阻率；零磁場下的電阻率； - 電子遷移率；電子遷移率；

29、B - 磁感應(yīng)強度。磁感應(yīng)強度。2201 0.273BPage 48醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室n 磁敏電阻的靈敏度特性 磁敏電阻的靈敏度一般是非線性的，且受溫度的影響較大。磁阻元件的靈敏度特性用在一定磁場強度下的電阻變化率來表示，即磁場電阻變化率特性曲線的斜率。在運算時常用RB/R0求得， R0表示無磁場情況下磁阻元件的電阻值，RB為施加0.3T磁感應(yīng)強度時磁阻元件的電阻值。Page 49醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室Page 50醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室Page 51醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室Page 52醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室Page 53醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室Page

30、54醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室Page 55醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室Page 56醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室Page 57醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室Page 58醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室Page 59醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室0 246 8 10 12Page 60醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室Page 61醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室Page 62醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室Page 63醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室一、生物磁學簡介一、生物磁學簡介1. 生物磁場的來源生物磁場的來源2. 外磁場引起的生物效應(yīng)外磁場引起的生物效應(yīng)-生物磁效應(yīng)生物磁效應(yīng)二、生物磁場的測量二、生物磁場

31、的測量3. 干擾磁場的抑制干擾磁場的抑制4. 生物磁場測量系統(tǒng)生物磁場測量系統(tǒng)Page 64醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室第五節(jié)第五節(jié) 磁傳感器的生物醫(yī)學應(yīng)用磁傳感器的生物醫(yī)學應(yīng)用一、生物磁學簡介1. 生物磁場的來源n 生物體內(nèi)生物電荷的運動產(chǎn)生磁場；n 人體精神器官和組織的活動，往往伴隨著微弱的生物電流，運動的電荷產(chǎn)生磁場，凡是能產(chǎn)生生物電流的部位必定會同時產(chǎn)生生物磁場； 生物材料產(chǎn)生生物磁場：在少數(shù)生物體內(nèi)，含有微量的強磁性物質(zhì)（主要是Fe3O4）,這種物質(zhì)能使生物體對磁場有敏銳的反應(yīng)。Page 65醫(yī)學儀器教研室醫(yī)學儀器教研室2. 外磁場引起的生物效應(yīng)-生物磁效應(yīng)外磁場在生物體中引起的效應(yīng)是多