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磁傳感器廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)和電子產(chǎn)品中以感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)測(cè)量電流、位置、方向等物理參數(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)中,有許多不同類型的傳感器用于測(cè)量磁場(chǎng)和其他參數(shù)。
例如采用霍爾(Hall)元件,各向異性磁電阻(Anisotropic Magnetoresistance, AMR)元件或巨磁電阻(Giant Magnetoresistance, GMR)元件為敏感元件的磁傳感器。TMR(Tunnel MagnetoResistance)元件是近年來(lái)開(kāi)始工業(yè)應(yīng)用的新型磁電阻效應(yīng)傳感器,其利用的是磁性多層膜材料的隧道磁電阻效應(yīng)對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行感應(yīng),比之前所發(fā)現(xiàn)并實(shí)際應(yīng)用的AMR元件和GMR元件具有更大的電阻變化率。我們通常也用磁隧道結(jié)(Magnetic Tunnel Junction, MTJ)來(lái)代指TMR元件,MTJ元件相對(duì)于霍爾元件具有更好的溫度穩(wěn)定性,更高的靈敏度,更低的功耗,更好的線性度,不需要額外的聚磁環(huán)結(jié)構(gòu);相對(duì)于AMR元件具有更好的溫度穩(wěn)定性,更高的靈敏度,更寬的線性范圍,不需要額外的set/reset線圈結(jié)構(gòu);相對(duì)于GMR元件具有更好的溫度穩(wěn)定性,更高的靈敏度,更低的功耗,更寬的線性范圍。
發(fā)展趨勢(shì)編輯
磁傳感器未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾種特點(diǎn):
1、高靈敏度。被檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度越來(lái)越弱,這就需要磁性傳感器靈敏度得到極大提高。應(yīng)用方面包括電流傳感器、角度傳感器、齒輪傳感器、太空環(huán)境測(cè)量。
2、溫度穩(wěn)定性。更多的應(yīng)用領(lǐng)域要求傳感器的工作環(huán)境越來(lái)越嚴(yán)酷,這就要求磁傳感器必須具有很好的溫度穩(wěn)定性,行業(yè)應(yīng)用包括汽車電子行業(yè)。
3、抗干擾性。很多領(lǐng)域里傳感器的使用環(huán)境沒(méi)有任何屏蔽,就要求傳感器本身具有很好的抗干擾性。包括汽車電子、水表等等。
4、小型化、集成化、智能。要想做到以上需求,這就需要芯片級(jí)的集成,模塊級(jí)集成,產(chǎn)品級(jí)集成。
5、高頻特性。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的推廣,要求傳感器的工作頻率越來(lái)越高,應(yīng)用領(lǐng)域包括水表、汽車電子行業(yè)、信息記錄行業(yè)。
6、低功耗。很多領(lǐng)域要求傳感器本身的功耗極低,得以延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。應(yīng)用在植入身體內(nèi)磁性生物芯片,指南針等等。
應(yīng)用編輯
磁傳感器每年產(chǎn)值大概在10億美元,加上后端系統(tǒng)就更大了。這里所講的是感應(yīng)層面的磁傳感器。
在智能交通里,比如說(shuō)任何一個(gè)車在公路上開(kāi)的時(shí)候,如果你公路上放一個(gè)磁傳感器,車走過(guò)的軌跡你把它記錄下來(lái),就可以建設(shè)高速公路的車流。
前一段動(dòng)車出事以后,國(guó)家交通部要求有沒(méi)有單獨(dú)的方案,建設(shè)動(dòng)車是停在某一個(gè)軌道上,還是不在某一個(gè)軌道上,后來(lái)又一個(gè)方案很簡(jiǎn)單,在動(dòng)車沿線每隔兩公里鋪一個(gè)磁傳感器,這是一個(gè)單獨(dú)系統(tǒng),所以當(dāng)你沒(méi)電的時(shí)候也可以告訴調(diào)度中心。
磁傳感器應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域
磁傳感器就是把磁場(chǎng)、電流、應(yīng)力應(yīng)變、溫度、光等引起敏感元件磁性能的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào),以這種方式來(lái)檢測(cè)相應(yīng)物理量的傳感器。磁傳感器在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用很多,還呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。
在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域,zui流行的磁傳感器類型是電流傳感器,包括分流電阻器、霍爾效應(yīng)集成電路、電流感應(yīng)變壓器、開(kāi)環(huán)與閉環(huán)霍爾器件以及磁通門傳感器。在許多測(cè)量50安培以下電流的應(yīng)用中,比如住宅太陽(yáng)能逆變器應(yīng)用或小型UPS系統(tǒng),使用簡(jiǎn)單的resistive bar或分路(shunt)[3] 。
但隨著所測(cè)電流強(qiáng)度的上升,shunt變得笨重和昂貴。在大型變頻電機(jī)等電流較高的應(yīng)用中,開(kāi)環(huán)與閉環(huán)霍爾傳感器在一個(gè)小型封裝中使用霍爾效應(yīng)IC;也可以提高集成度,在封裝中包含一個(gè)集成電路。霍爾IC同樣用于工業(yè)洗衣機(jī)變頻器控制應(yīng)用之中。
除了電流傳感器,獨(dú)立霍爾效應(yīng)IC或磁阻傳感器開(kāi)關(guān)也存在規(guī)模較小的磁傳感器市場(chǎng),這些器件用于電機(jī)整流,以降低紋波和改善性能,或者用于位置測(cè)量。
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