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磁传感器应用有哪些?

变宝网09月18日讯

磁传感器是把磁场、电流、应力应变、温度、光等外界因素引起敏感件磁性能变化转换成电信号,以这种方式来检测相应物理的器件。磁传感器广泛用于现代工业和电子产品中以感应磁场强度来测电流、位置、方向等物理参数。在现有技术中,有许多不同类型的传感器用于测磁场和其他参数。下面小编带大家了解下磁传感器。

磁传感器已经在许多领域获得了产业性的应用,每所需用的磁传感器的总数以数十亿计。

1.1 电机工业

无刷电动机具有体积小、重轻、效率高、调速方便、维护少、寿命长、不产生电磁干扰等一系列优点,需求数以亿计。

在无刷电动机中,用磁传感器来作转子磁极位置传感和定子电枢电流换向器。许多磁传感器,霍尔器件、威根德器件、磁阻器件等都可以使用,但大使用的,主要是霍尔器件。

电机的转速检测和控制使用了的旋转编码器,过去多用光编码器。磁编码器的使用显示出越来越多的优点,正在逐渐取代光学器件。使用磁传感器还可以对电机进行过载保护(主要用霍尔电流传感器)及转矩检测。

1.2 电力电子技术

电力电子表技术是电力技术和电子技术的结合,可实现交直流电流的相互变换,并可在所需的范围内实现电流、电压和频率的自由调节。采用这些技术和产品,可做成各种特殊电源(如UPS、高频电源、开关电源、弧焊机逆变电源等)和交流变频器等产品(交流变频器用于电机调速,节能效果极好)。这些变流装置的核心,是大功率半导体器件。以磁传感器为基础的各种电流传感器被用来监测、控制和保护这些大功率器件。霍尔电流传感器响应速度快,且依靠磁场和被控电路耦合,不接入主电路,因而功耗低,抗过载能力强,线性好,可靠性高,既可作为大功率器件的过流保护驱动器,又可作为反馈器件,成为自控环路的一个控制环节。使用变流技术可以大节能,国外使用的电能95%是经过变换来的,国内变流技术虽已受到高度重视,但仅有5%的电能经过这种变换,可见具有巨大的应用前景。其中,可能吸纳大的电流传感器,是磁传感器的又一巨大的产业性应用领域。

1.3 能源管理

电网的自动检测系统需采集大的数据,经计算机处理之后,对电网的运行状况实施监控,并进行负载的分配调节和安全保护。自动监控系统的各个控制环节,都可用以磁传感器为基础的电流传感器、互感器等来实现。霍尔电流传感器已逐步在电网系统中得到应用。用霍尔器件作成的电度表已从研制逐步转向实用化,它们可自动计费并可显示功率因数,以便随时进行调整,保证高效用电。

1.4 计算机技术与信息读写磁头

磁信息记录装置除磁带、磁盘等之外,还有磁卡、磁墨水记录帐册、钞票的磁记录等,对磁信息存储和读出传感器有巨大需求。感应磁头,薄膜磁阻磁头,非晶磁头等都获得了大的使用。随着记录密度的提高,例如高到100G字节,需要更高灵敏度和空间分辨力的磁头。以多层金属薄膜为基础的巨磁阻磁头、用非晶合金丝制作的非晶合金磁头、巨磁阻抗磁头等正展开激烈的竞争。

1.5 汽车工业

在汽车中,使用大的电机(高级汽车每辆约需40~60台电机,一般汽车中也有15台,这些电机呈现出无刷化趋势),其中使用磁传感器的数之大,不言而喻;另一个大使用磁传感器的是汽车的ABS系统(防抱制动系统),平均每台汽车要使用4~6只速度传感器,使用的主要是感应式速度传感器。正在逐步推广的新型的霍尔齿轮传感器,以及威氏器件、非晶器件、磁阻器件等即将进入这一领域。

另外是汽车发动机系统点火定时用的速度传感器及点火器。这些方面也主要使用感应传感器。霍尔齿轮传感器和霍尔片开关已经在一些车型中使用。据霍尼威尔公司报导,截止19966月,他们已向汽车工业供应了8000万只霍尔翼片开关和300万只霍尔齿轮速度传感器。据预测,未来在一辆汽车中,将采用30多只象霍尔传感器那样的磁传感器。

磁传感器应用有哪些?

还有在工业自动控制、机器人、办公自动化、家用电器及各种安全系统等领域,除大使用无刷直流电机,交流变频器等之外,在电冰箱、空调器、电饭煲等装置中,使用了大的磁性温度控制器,上世纪80代中期已经超过数亿只。

在传统产业改造中的应用及市场

据报道,1995仅工业过程控制传感器的全球市场已达到260亿美;2001计算机HDD用SV-GMR磁头的市场超过了4000亿日(约合34亿美)。若采用新型微型磁传感器,既使操作更简便,又提高了可靠性,长了器件寿命,降低了成本。

使用新型磁传感器可以显着提高测和控制精度,如使用GMI(巨磁阻抗)磁场传感器,检测分辨率和常用磁通门磁强计一样,而响应速度却快了一倍,消耗功率仅为后者的1%;若用霍尔器件,其分辨率仅4A/m,而所需外场比前者高300余倍;在应力检测中,SI 传感器的灵敏度是常用电阻丝的2000倍高,是半导体应变规的20~40倍。工业机床的油压或气压汽缸活塞位置检测,广泛采用套在活塞杆上的永磁环和AMR件组成的磁传感器,检测精度达0.1mm,检测速度可在0~500mm/s内以高低速度变换;改用GMI或SV-GMR传感器后,测精度至少可以提高1个数级。在机床数控化时代,数字磁尺帮助设计师们实现了闭环控制。使用绝对信号输出的磁尺,则不受噪声、电源电压波动等干扰,也不必原点复位。使用工作状态磁敏开关,还可以完成手动与数控之间的转换。

旋转磁编码器在旋转的检测控制中起关键作用,它在数控机床、机器人、工厂自动化设备的位置检测、传输速度控制,磁盘、打印机之类的自动化设备通讯设备的旋转检测中都是不可缺少的重要部件。其检测对象是光磁图形,不受油雾粉尘的影响,因此比目前最先进的光编码器的可靠性高寿命长,尤其适合于自动焊接、油漆机器人和与钢铁有关的位置检测以及各种金属、木材、塑料等加工行业的应用。而仍大使用光编码器,由于这种器件易受粉尘、油污和烟雾的影响,用在自动焊接、油漆机器人、纺织和钢铁、木料、塑料等的加工中,可靠性极差。应用AMR、GMR 、GMI敏感件构成的旋转磁编码器,就不存在上述缺点,因此,它们的市场需求长率在30%以上。在家用电器和节能产品中也也有其广泛的应用潜力,在节能环保产品中也大有用武之地。若使用微型磁编码器和控制微机一体化,更有利于简化控制系统结构,减少件数和占空体积,这在精密制造和加工业中意义十分重大。

在环境监测中的应用

环境保护的前提是对各个环境参数(温度、气压、大气成份、噪声.......)的监测,这里需要使用多种大的传感器。采用强磁致伸缩非晶磁弹微型磁传感器,可以同时测真空或密闭空间的温度和气压,而且不用接插件,可以遥测和远距离访问。在食品包装、环境科学实验等方面,应用前景广阔。

在交通管制中的应用

交通事故和交通阻塞是城市中和城市间交通存在的一个大问题。国内外都在加强高速公路行车支持道路系统(AHS)、智能运输系统(ITS)和道路交通信息系统(VICS)等的开发与建设。在这些新系统中,高灵敏度、高速响应微型磁传感器大有用武之地。例如,用分辨率可达1nT的GMI和SI传感器,可构成ITS传感器(作高速路上的道路标志,测车轮角度,货车近接距离),汽车通过记录仪(测通行方向、速度、车身长度、车种识别),停车场成批车辆传感器,加速度传感器(测车辆通过时路桥的振动等)。

磁传感器在电子罗盘中的应用

几个世纪以来,人们在导航中一直使用磁罗盘。有资料显示早在二千多前中国人就开始使用天然磁石-一种磁铁矿来指示水平方向。电子罗盘(数字罗盘,电子指南针,数字指南针)是测方位角(航向角)比较经济的一种电子仪器。如今电子指南针广泛应用于汽车和手持电子罗盘,手表,手机,对讲机,雷达探测器,望远镜,探星仪,穆斯林麦加探测器(穆斯林钟),手持 GPS 系统,寻路器,武器/导弹导航( 航位推测 ),位置/方位系统,安全/定位设备,汽车、航海和航空的高性能导航设备,电子游戏机设备等需要方向或姿态显示的设备。

地球本身是一个大磁铁,地球表面的磁场大约为0.5Oe,地磁场平行地球表面并始终指向北方。利用GMR薄膜可做成用来探测地磁场的传感器。图5显示这种传感器的具体工作原理。我们可以制出能够探测磁场X和Y方向分的集成GMR传感器。此传感器可作为罗盘并应用在各种交通工具上作为导航装置。美国的NVE公司已经把GMR传感器用在车辆的交通控制系统上。例如,放置在高速公路边的GMR传感器可以计算和区别通过传感器的车辆。如果同时分开放置两个GMR传感器,还可以探测出通过车辆的速度和车辆的长度,当然GMR也可用在公路的收费亭,从而实现收费的自动控制。另外高灵敏度和低磁场的传感器可以用在航空、航天及卫星通信技术上。大家知道,在军事工业中随着吸波技术的发展,军事物件可以通过覆盖一层吸波材料而隐蔽,但是它们无论如何都会产生磁场,因此通过GMR磁场传感器可以把隐蔽的物体找出来。当然,GMR磁场传感器可以应用在卫星上,用来探测地球表面上的物体和底下的矿藏分布。

门磁传感器在智能家居中的应用

在智能家居门禁系统中门磁开关的作用是负责门磁通电否,通电带磁(闭门),断电消磁(开门),门磁安装于门与门套上,开关安装于屋内,配合自动闭门器使用,一般可承受150公斤的拉力。

有线门磁为嵌入式安装更加隐蔽,感应门窗的开合,适用于木质或铝合金门窗发出有线常闭/常开开关信号。门磁是用来探测门、窗、抽屉等是否被非法打开或移动。它由无线发射器和磁块两部分组成。门磁系统其实和床磁等原理相同。

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