磁性传感器的应用都有哪些?
传感器技术
传感器-传感器原理-传感器技术分析
admin
2019-04-16 00:00

磁传感器磁传感器是一种检测由磁场,电流,应力,温度,光等外部因素引起的敏感元件的磁特性的装置,并以这种方式检测相应的物理量。磁传感器广泛用于现代工业和电子产品中,以测量磁场强度,以测量物理参数,例如电流,位置和方向。在现有技术中,存在许多不同类型的传感器,用于测量磁场和其他参数。磁传感器是检测由诸如磁场,电流,应力应变,温度和光等外部因素引起的敏感部件的磁特性变化的装置,并以这种方式检测相应的物理量。磁传感器分为三类:罗盘,磁场传感器和位置传感器。指南针:地球产生磁场。如果你可以测量地球表面的磁场,你可以制作一个指南针。电流传感器:电流传感器也是磁场传感器。电流传感器可用于家用电器,智能电网,电动车辆,风力发电等。位置传感器:如果磁铁和磁传感器之间的位置变化,则该位置变化是线性的或线性传感器,如果它是旋转的,则它是旋转传感器。许多磁传感器用于大生活中,例如罗盘,计算机硬盘驱动器,家用电器等。传统产业转型中的应用和市场据报道,1995年全球工业过程控制传感器市场仅达到260亿美元; 2001年,用于计算机硬盘驱动器的SHD-GMR磁头市场突破4000亿日元(约合34亿美元)。美元)。采用新型微型磁传感器,操作更简单,可靠性得到提高,从而延长了设备的使用寿命,降低了成本。使用新型磁传感器可以显着提高测量和控制精度,如使用GMI(巨磁阻磁)磁场传感器,检测分辨率与常用磁通门磁力仪相同,但响应速度快增加一倍,功耗仅为后者的1%;如果使用霍尔器件,其分辨率仅为4A/m,所需的外场比前者高300多倍;在应力检测中,SI传感器的灵敏度是普通电阻丝的2000倍。半导体应变计的20至40倍。 工业机床的液压或气缸活塞位置检测广泛使用由永磁环和活塞杆上的AMR部件组成的磁传感器。检测精度为0.1mm,在高速和低速下检测速度可以是0-500mm/s。转换;在切换到GMI或SV-GMR传感器之后,测量精度可以提高至少一个数量级。在机床数控时代,数字磁尺有助于设计人员实现闭环控制。使用绝对信号输出的磁性标尺不受噪声,电源电压波动等的影响,并且不需要原位返回。手动和数字控制之间的转换也可以使用工作状态磁敏开关完成。旋转磁编码器在旋转量的检测和控制中起关键作用。它用于数控机床,机器人,工厂自动化设备的位置检测,传输速度控制,以及磁盘和打印机等自动化设备通信设备的旋转量检测。一个不可或缺的重要部分。检测对象是磁光图案,不受油雾和灰尘的影响。因此,它比最先进的光学编码器具有更高的可靠性和更长的寿命。它特别适用于金属,木材,塑料和其他加工行业的自动焊接,涂漆机器人和钢相关位置检测及各种应用。光学编码器仍然被广泛使用,并且由于该装置易受灰尘,油和烟的影响,因此在自动焊接,涂漆机器人,纺织品和钢,木材,塑料等的加工中使用极其差。使用AMR,GMR和GMI敏感元件的旋转磁编码器没有上述缺点。因此,他们的市场需求正以每年30%以上的速度增长。它在家用电器和节能产品中具有广泛的应用潜力,也可用于节能和环保产品。如果采用微磁编码器和控制微电脑集成,更有利于简化控制系统的结构,减少元件数量和空间体积,这对精密制造和加工行业具有重要意义。在环境监测中的应用环境保护的前提是监测各种环境参数(温度,气压,大气成分,噪声.....)。这里需要大量传感器。 磁致伸缩非晶磁微传感器可以同时测量真空或密闭空间的温度和气压,无需连接器即可遥测遥控。在食品包装,环境科学实验等方面,应用前景广阔。交通事故和交通拥堵在交通管制中的应用是城市和城际交通中的一个主要问题。公路交通支持道路系统(AHS),智能交通系统(ITS)和道路交通信息系统(VICS)的开发和建设正在国内外得到加强。在这些新系统中,高灵敏度,高速响应的微型磁传感器非常有用。例如,对于分辨率高达1nT的GMI和SI传感器,可以构建ITS传感器(用于高速公路上的道路标志,车轮角度,卡车接近),以及汽车通过记录仪(测量方向,速度,车身长度,车辆)种类识别),停车场批量车辆传感器,加速度传感器(当车辆通过时测量道路桥梁的振动)。磁传感器已被用于电子罗盘数百年来,磁罗盘已被用于导航。根据一些数据,中国人开始使用天然磁铁,一种磁铁矿,早在2000年前就已经指出了水平方向。电子罗盘(数字罗盘,电子罗盘,数字罗盘)是一种用于测量方位角(航向角)的电子仪器。今天的电子罗盘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,星探测器,穆斯林麦加探测器(穆斯林时钟),手持GPS系统,探路者,武器/导弹导航(导航)推测),位置/定位系统,安全/定位设备,汽车,导航和航空的高性能导航设备,以及需要方向或姿态显示的电子游戏机设备。地球本身就是一块巨大的磁铁。地球表面的磁场约为0.5ee。地球的磁场与地球表面平行,始终指向北方。可以使用GMR膜制作用于检测地磁场的传感器。图5显示了该传感器的具体工作原理。我们可以创建一个集成的GMR传感器,用于检测磁场的X和Y方向分量。 该传感器可用作指南针并作为导航装置应用于各种车辆。美国的NVE在车辆交通控制系统中使用了GMR传感器。例如,放置在高速公路一侧的GMR传感器可以计算和区分通过传感器的车辆。如果两个GMR传感器同时分开放置,则也可以检测到通过车辆的速度和车辆的长度。当然,GMR也可以用在道路的收费站,从而实现收费的自动控制。此外,高灵敏度和低磁场传感器可用于航空航天,航空航天和卫星通信技术。众所周知,在军事工业中,随着吸收技术的发展,军事物体可以通过覆盖一层吸收材料来隐藏,但它们无论如何都会产生磁场,因此可以通过GMR磁场传感器找到隐藏的物体。 。当然,GMR磁场传感器可以应用于卫星,以检测地球表面上物体的分布和下面的沉积物。门磁传感器在智能家居中的应用在智能家居门禁系统中,磁力开关的功能是负责门的磁力,磁场(闭门),消磁(开口),门和门盖上安装有磁性门。开关安装在房屋内,与自动闭门器一起使用。它通常可承受150千克的拉力。有线门磁铁更隐蔽用于嵌入式安装,感应门窗的开启和关闭适用于木质或铝合金门窗的有线常闭/常开开关信号。门磁铁用于检测门,窗,抽屉等是否被非法打开或移动。它由无线发射器和磁块组成。门磁系统实际上与床磁铁相同。磁性传感器的应用都有哪些?

磁性材料

在中国,只有10个类别,42个小类和6000多种传感器产品。各种各样的磁传感器只是其中之一。它具有非接触式测量,高可靠性,坚固性和高测量灵敏度的基本特性。众所周知,磁场可以穿透许多非金属材料,因此可以在不直接接触目标物体的情况下触发交换过程。通过使用磁导体(例如铁),可以将磁场传导到更大的距离,从而可以从更高的温度区域传输信号。因此,引起敏感元件的磁特性变化的磁场,电流,应力应变,温度,光等被转换成电信号,以及检测相应物理的装置。以这种方式的量称为磁传感器。

首先,该行业被广泛使用

在工业应用中,最流行的磁传感器类型是电流传感器,包括分流电阻器,霍尔效应集成电路,电流感应变压器,开环和闭环霍尔器件以及磁通门传感器。

1,电机

在无刷电动机中,磁传感器用于转子磁极位置传感和定子电枢电流换向器。可以使用许多磁传感器,霍尔器件,韦根器件,磁阻器件等,但目前大量使用。主要是霍尔设备。此外,磁传感器还可以为电机提供过载保护和转矩检测;交流变频器用于电机调速,节能效果极佳。由于磁编码器的使用显示出越来越多的优点,光学编码器逐渐被替换以检测和控制电动机的旋转速度;例如,在电动车窗中,传感器可以确定轴旋转了多少圈,以控制车窗调节器的行程。传感器还可以检测由人手引起的异常负载,提供所谓的“防夹”功能,当电机撞击物体时可以反转。用于直流电动机换向和电流检测的电动助力转向传感器也是替代电动液压系统的快速增长的应用。

2.电力电子技术

电力电子仪表技术是电力技术与电子技术的结合,可实现交流和直流电流的相互转换,并可实现电流,电压和频率在所需范围内的自由调节。利用这些技术和产品,可以制成各种特殊电源(如UPS,高频电源,开关电源,弧焊机逆变电源等)和交流变频器。这些逆变器的核心是高功率半导体器件。基于磁传感器的各种电流传感器用于监视和保护这些高功率设备。霍尔电流传感器具有快速响应速度,并通过磁场耦合到受控电路。它不连接到主电路,因此功耗低,过载能力强,线性度好,可靠性高。它可以用作高功率器件的过流保护。可以用作反馈设备的驱动器成为自控回路的控制链路。使用变频技术可以节省大量能源。目前,国外95%的能源都在转化。虽然国内变频技术受到高度重视,但只有5%的电能经历了这种转变,显而易见的是,它有很大的空间可供后续翻新。将需要大量的电流传感器,这将是磁传感器的另一个巨大的工业应用领域。

3.能源管理

电网的自动检测系统需要收集大量数据。在由计算机处理后,它监视电网的运行状态,并执行负载分配调整和安全保护。自动监测系统的每个控制链路可以由基于磁传感器,变压器等的电流传感器实现。霍尔电流传感器长期以来一直用于电网系统。采用霍尔器件制造的电能表也已投入实际使用,它们可以自动计费并显示功率因数,因此可以随时进行调整,以确保有效利用电力。

4.磁信息记录装置

除磁带,磁盘等之外,磁信息记录装置还具有磁卡,磁墨记录簿,钞票的磁记录等,并且对磁信息存储和读出传感器有很大的需求。目前,电感磁头,薄膜磁阻磁头和非晶磁头已被广泛使用。随着记录密度增加,例如,高达100G字节,需要具有更高灵敏度和空间分辨率的磁头。基于多层金属膜的巨磁阻磁头,由非晶合金线制成的非晶合金磁头和巨磁阻磁头正在激烈竞争中。

5.交通管制

目前,国内外道路支持系统(AHS),智能交通系统(.TS)和道路交通信息系统(VICS)的开发建设正在加强。在这些新系统中,高灵敏度,高速响应的微型磁传感器非常有用。例如,对于分辨率高达InT的GMI和SI传感器,可以构建ITS传感器(用于高速公路上的道路标志,车轮角度,卡车接近),以及汽车通过记录仪(测量方向,速度,车身长度,车辆类型识别) ,停车场批量车辆传感器,加速度传感器(测量车辆通过时道路桥梁的振动)等。在智能交通系统中,如果在路上放置磁传感器,当任何车辆在路上行驶时,可以记录汽车的轨迹,从而可以控制高速公路的交通。

去年事故发生后,交通部设计了许多防止类似事故的方案。其中一个简单的解决方案是沿着移动的火车每两公里铺设一个磁传感器。这是一个单独的系统,所以当火车死了。信号可以自动传输到调度中心。

美国的NVE在车辆交通控制系统中使用了GMR传感器。例如,放置在高速公路一侧的GMR传感器可以计算和区分通过传感器的车辆。如果两个GMR传感器同时分开放置,则也可以检测到通过车辆的速度和车辆的长度。当然,GMR也可用于高速公路上的收费站。为了实现充电的自动控制。

其次,汽车中的应用无处不在

磁传感器在汽车工业中特别受欢迎,包括例如汽车安全性,汽车舒适性和汽车节能。仅在汽车车身应用领域,汽车中使用的磁传感器和开关的平均数量将从2008年的6.7增加到2013年的9.4。据报道,汽车行业占磁传感器应用市场的70%以上。它主要用于汽车检测,如速度,倾角,角度,距离,接近度,位置,导航,定位等,如车速测量,踏板位置,变速箱位置,电机旋转,辅助扭矩测量,曲轴。位置,倾斜度测量,电子导航,防抱死检测,停车定位,安全气囊和太阳能电池板中的缺陷检测,座椅位置记忆,改进的导航系统航向分辨率。在节能降耗方面,特别是当制造商目前面临降低碳或其他污染物的压力时,其关键领域是电机,它正在从“立即不停”滑轮系统中移动摩擦电子电动机换档,后者可根据需要进行控制。与此同时,电子电机正在转向更高效,更可靠的有刷直流电机,磁传感器的使用使电机控制或换向更加精确。此外,防抱死制动系统(ABS)中的基本车轮速度感应,转向系统中的扭矩感应,电子遥控节气门系统和电池监控,以及智能电风扇都具有磁传感器。在混合动力电动车辆中,磁传感器用于监控辅助电动机逆变器。逆变器用于将电池直流电转换为电机的交流电。这种转换需要使用三个电流传感器,每个传感器用于电机的每个相位。高级汽车需要霍尔IC和AMR传感器。 中低端汽车有10多种电机,如风扇冷却,交流发电机和挡风玻璃刮水器;豪华轿车拥有近100台电机,包括用于空调鼓风机,电子转向和油门控制的传感器,用于自动化和新的双重电机。离合器系统的离合器传感器,以及用于座椅位置调节,天窗,转速计,前照灯位置调节,头枕,甚至用于根据空气质量信息控制进气阻尼器的传感器。

第三,在医学领域的应用中发挥关键作用

随着人口老龄化的日益明显,帮助医疗和护理的医疗技术变得越来越重要。医疗

传感器的应用和推广大大降低了人工成本和错误,同时也提高了自动化程度和准确度,

所有这些使得连续监测和治疗成为可能。磁传感器在医学领域的应用,虽然规模小于

工业,但能够以各种方式协助患者护理和监控:救护车,医院和家庭护理

等待。无论是在手术,重症监护室,医院康复还是家庭护理,都有提供

通过控制运动,气流,检测血压和药物来挽救生命或改善生活质量的有效方法。它主要用于

在使用换向传感器进行电机控制的医疗设备中,如呼吸机,输液器,胰岛素和肾透析机等。

应用电磁编码器霍尔传感器检测注射泵中的流速,以确定注射器是否为空和注射器

是否被阻塞(适用于监测血液重建系统,自动血液样本分析系统)。由德国卡塞尔大学的科学家开发

带有磁场的微型传感器通过遥控拉动磁化的纳米生物分子,可以在血液中引入极少量的特定蛋白质。

检测染色体分子以通过正常血液分析代替脊髓液测试。磁传感器用于医疗领域

另一个例子是一个简单的离心机,用于制备样品,帮助控制小型电机,使其更安静和更多

可靠。在助听器领域,巨磁阻传感器IC(GMR)与霍尔和簧片开关竞争。

4.在无线消费市场中具有吸引力

随着全球消费电子产品的普及,磁传感器在消费电子产品中的应用也非常强大,并不逊色。例如,移动电话,笔记本电脑,电子玩具,电子罗盘等具有非常广泛的应用。 MEMS传感器和磁传感器在应用中相互增强,这有助于消费电子市场中磁传感器的逐渐增长。尽管磁阻传感器的发展已经很长并且技术相对成熟,但作为电子罗盘的单独应用并不乐观。然而,它与MEMS的结合将成为导航市场的一个亮点。由于MEMS和磁阻传感器在功能上相互补充,因此它们的组合使得导航产品更加准确。如果陀螺仪,加速度和磁传感器三个传感器集成在一起,三个功能相互补充,构成了更强大的惯性导航产品。

在多轴测量电子罗盘中,磁传感器起着重要作用。目前,带GPS系统的手机和平板电脑将采用多轴测量电子罗盘作为标准,这也使得磁传感器无形中赶上了消费类电子产品。目前,磁传感器在消费电子产品中的应用还为游戏控制器,笔记本电脑和数码相机提供了地理标签功能。

五,航空,航天,卫星通信和军事工业取得的巨大成就

高灵敏度和低磁场传感器可用于航空航天,航空航天和卫星通信技术。众所周知,在军事工业中,随着吸收技术的发展,军事物体可以通过覆盖一层吸收材料来隐藏,但它们无论如何都会产生磁场,因此可以通过GMR磁场传感器找到隐藏的物体。 。 GMR磁场传感器可以应用于卫星,以检测地球表面上的物体和下面的矿床分布。电子罗盘为武器/导弹导航(农场估计),导航和航空航天高性能导航设备做出了贡献。如果磁性传感器安装在地雷或矿井上,因为坦克或战舰是由钢制成的,当它们靠近时(不接触目标),传感器可以检测到磁场的变化以爆炸地雷或地雷,从而增加杀伤力。 20世纪80年代初,美国海军开始研制Terfenol-D水下声纳。永磁体产生偏置磁场。螺线管产生交变磁场。随着磁场的变化,环膨胀和收缩以发出声波。特点水下目标的感知探测,用于搜索,测量,识别和跟踪潜艇和其他水下目标,水下声学对抗,水下战术通信,导航和武器制导,船舶战术机动,反潜飞机和水下武器的使用等。

6.环境监测的广泛应用前景

环境保护的前提是监测各种环境参数(温度,气压,大气成分,噪声等),其中需要大量传感器。磁致伸缩非晶磁微传感器和感应磁传感器可同时测量真空或密闭空间的温度和气压,无需连接器即可遥测遥控。在食品包装,环境科学实验等方面,应用前景也十分广阔。

7.也引起其他工业应用的关注

在其他工业应用中,磁传感器可用于不间断电源(UPS),焊接系统,机器人,火车运输基础设施,越野车和用于诸如计算机服务器之类的机器的叉车。在许多测量电流低于50安培的应用中,例如住宅太阳能逆变器应用或小型UPS系统,请使用简单的电阻棒或分流器。但随着测量的电流强度增加,分流变得笨重且昂贵。在大型逆变电机等大电流应用中,开环和闭环霍尔传感器采用小型封装的霍尔效应IC;它们还增加了集成度,并在封装中包含了ASIC。霍尔IC还用于工业洗衣机的逆变器控制应用。除电流传感器外,独立的霍尔效应IC或磁阻传感器开关还具有电机整流规模市场,可减少纹波,提高性能或进行位置测量。