磁共振成像（MRI）的發(fā)展提升了診斷能力,，接著,，增加了細胞水平治療身體疾病數(shù)，zui明顯的可能就是癌癥,。作為種診斷方法,，MRI繼續(xù)發(fā)展，但是段時間以來,，這種發(fā)展已與基礎的發(fā)展同步,，尤其是圖像采集。

　　 雖然MRI掃描自20世紀70年代初以來不斷進步,，但其應用卻始于40年代中期,。在這個時間前后，有兩個立的研究小組，它們分別屬于哈佛大學和斯坦福大學,，他們都發(fā)現(xiàn)了后來*的核磁共振現(xiàn)象,。不久以后，畢業(yè)于英國牛津大學的Bernard Rollin博士,，組裝了很可能是zui早的NMR光譜儀實例,。到50年代初該發(fā)現(xiàn)得到進步發(fā)展，出現(xiàn)了分辨率的NMR光譜儀,，這時在化學和生化領域,，它被認為是種潛在有用的工具。通過努力提成像分辨率終于打開了它在診斷領域的應用大門,，MRI掃描開始平行于NMR自發(fā)展,。

　　它已經脫離了個足以躺下名患者的平臺的傳統(tǒng)形象，而在不知不覺中演變成個大的,、圓形的機器,，就像個巨大的感應器，這時看不出MRI掃描是如何開展的,。

　　NMR/MRI 光譜儀的個關鍵原理是軟組織內細胞運動所產生的微弱磁場,。這種運動是細胞在移位后的重排。而移位是由細胞接觸強磁場所致,。細胞自身的重排速度取決于其結構和狀態(tài),，而出它們產生的微弱的磁場所采用的分辨率決定了機器的總體分辨率。

　　磁場產生的細胞激發(fā)水平是決定MRI掃描儀功效的關鍵要素,，所以磁場與所產生的細胞重排樣關鍵?，F(xiàn)在有許多公司研制MRI掃描儀，其中很多都是*的企業(yè),，不過有趣的是,，它們主要依賴其他公司的團隊開發(fā)和提供這些儀器上的配套傳感器解決方案。

　　LEM就是其中的家,，它是的電量參數(shù)測量解決方案提供商,。由于MRI掃描儀的應用，越來越迫切地需要提它們的分辨率,。這只能通過精細的磁場調節(jié)來實現(xiàn),，而這反過來又在大程度上取決于測量和用來產生磁場的電流的能力。

　　段時間以來,，這個領域采用的基于霍爾效應電流傳感器,，但是現(xiàn)在這項在這個領域內存在明顯不足，尤其是方面,。LEM受該領域家客戶所托研發(fā)所需的種電流傳感器,，為其改善現(xiàn)有能,，提供。LEM花了近7個月時間改良現(xiàn)有使其這家客戶要求,，zui終研發(fā)成功的這款電流傳感器是當前市面上能zui的,。

　　LEM研發(fā)的解決方案是種雙軸磁通門閉環(huán)傳感器，即的HPCT,，將其工作原理與應用普遍的霍爾效應相比,，這種可能有用。

　　霍爾效應于1879年由美國物理學家Edwin Herbert Hall 發(fā)現(xiàn),，那時他就讀于位于巴爾的摩的John Hopkins 大學,。霍爾效應由對穿過磁通密度的運動電荷起作用的洛倫茲力產生,，F(xiàn)=q.（VXB）,。向磁場中薄的半導體箔片施加個電流,。電流的運動載流子在外磁通密度B產生的洛倫茲力的作用下發(fā)生垂直于電流方向的偏移,。這種偏移導致多的載流子在導體的端聚集，從而在導體兩端形成個電勢差,，這就是霍爾電壓,。

　　霍爾效應的某些元素與溫度相關，尤其是霍爾元件的霍爾系數(shù)以及失調電壓,。因此,，采用霍爾效應的電流傳感器都必須提供溫度補償。

　　霍爾效應zui簡單實用的應用是開環(huán)傳感器,，它提供了體積zui小,、質量zui輕、成本zui低的電流測量解決方案,，同時功耗也低,。

 [開環(huán)霍爾效應傳感器工作原理]

　　如圖1所示，這種傳感器由個用于產生磁場的載流導體組成,。磁場用個開有氣隙的磁芯聚磁,。氣隙內的個霍爾元件用于感應磁通密度。采用電流和差分放大,，其組件通常集成在傳感器內,。在用于產生磁路的材料的磁滯回線（B-H loop）的線區(qū)內，磁通密度B始終與初電流Ip成正比,，霍爾電壓VH與磁通密度B成正比,。 因此，霍爾元件的輸出與初電流及失調霍爾電壓Vo成正比,。

[標題：閉環(huán)霍爾效應電流傳感器工作原理]

　　開環(huán)傳感器可以測量直流,、交流和復雜電流波形,，同時還提供電流。正如上文提及的,，其優(yōu)點是成本低,、體積小、功耗低,。同時,，它們在測量大電流（>300A）方面尤其有優(yōu)勢。不過,，開環(huán)傳感器有局限,，例如磁路中的磁損耗導致的響應時間長及帶寬不足、與溫度相關的增益漂移相對較大,。

　　相比之下,，閉環(huán)傳感器，也叫霍爾效應補償式或“零磁通式”傳感器,，它利用霍爾元件電壓在次線圈中產生個補償電流,，從而使總磁通量等于零（圖2 ）。換而言之,，次電流Is產生的磁通量與初電流產生的磁通量相同,，不過方向相反。

　　在零磁通條件下運行霍爾元件消除隨溫度變化的增益漂移,，此外,，這種結構還具備個好處，就是次繞組在較頻率下起電流變壓器的作用,，這樣就顯著擴大了帶寬并縮短了傳感器的響應時間,。

　　當磁通量等于零時，磁勢（安培匝數(shù)）等于零,，相應的,，次電流Is是初電流Ip 的映射。閉環(huán)傳感器的優(yōu)點包括的和良好的線度,，響應時間,，主要不足是次電源電流消耗大，因為它必須提供補償電流和偏置電流,。

　　在規(guī)格要求嚴格的特定應用場合,，例如非線誤差、低噪或低的與溫度相關的失調漂移等,，這時霍爾效應電流傳感器不再適用,。為了這些要求，LEM研發(fā)了雙軸磁通門閉環(huán)傳感器（HPCT）,，它可以提供和穩(wěn)定均的直流和交流電流測量,，同時消除初端注入的噪聲,。

[標題：HPCT傳感器工作原理]

　　圖3詳細說明了其工作原理。該傳感器包括個由三個磁芯（C1,、C2和C3,）以及初繞組（Wp1）和次繞組（Ws1 - Ws4）組成的電流測量頭,，如圖所示。通過將次電流Ic注入次繞組Ws2中實現(xiàn)閉環(huán)補償,。Ws2后半段線圈與3個磁芯進行磁耦合,，并與測量電阻Rm串聯(lián)，從而產生個輸出電壓,。

　　對于較頻率范圍,，次電流由兩個次線圈（Ws1和Ws2）之間產生的變壓器效應產生。對于較低頻率范圍（包括直流）,，傳感器起閉環(huán)磁通門傳感器的作用,，此時繞組Ws3和 Ws4用作磁通門感應線圈。

　　由于磁通門已經普及了段時間,，所以LEM可以采用這種并加以改良,。zui終研發(fā)的傳感器，溫度失調漂移低,，時間穩(wěn)定,。的線度、的輸出噪聲提了HPCT的和分辨率,，而大測量帶寬（直流到200kHz，-3dB）了該傳感器的應用領域,。

　　事實上,，除了用于成像系統(tǒng)的梯度放大器上電流以外，HPCT同樣適用于其他需要測量的場合,，如電流調節(jié)電源內的反饋測量,、試驗臺電源分析校準設備以及實驗室與計量儀器的電流測量。

　　目前,，該類傳感器的工作溫度范圍相對狹窄（般為+10C 至 +50C）,。不過LEM確信以后會證明，這項用于發(fā)展HPCT傳感器的對MRI掃描前景的意義與霍爾效應傳感器對它的推出的意義樣重大,，同時還會進步拓展到許多至今尚未預料到的應用領域,。