關(guān)于丹麥Brüel&Kj?r磁傳感器的應(yīng)用介紹

MM-0002 DISCONTINUED: 磁傳感器 設(shè)計(jì)用于振動(dòng)速度測量或電磁振動(dòng)激振器

應(yīng)用與市場

磁傳感器的應(yīng)用十分廣泛，已在國民經(jīng)濟(jì),、國防建設(shè),、科學(xué)技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用,，成為現(xiàn)代傳感器產(chǎn)業(yè)的一個(gè)主要分支,。在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用和改造、資源探查及綜合利用,、環(huán)境保護(hù),、生物工程、交通智能化管制等各個(gè)方面,，它們發(fā)揮著愈來愈重要的作用,。下面就一些重要方面的應(yīng)用作一論述。

丹麥Brüel&Kj?r磁傳感器的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

磁傳感器已經(jīng)在許多領(lǐng)域獲得了產(chǎn)業(yè)性的應(yīng)用,，每年所需用的磁傳感器的總數(shù)量以數(shù)十億計(jì),。

1.1 電機(jī)工業(yè)

無刷電動(dòng)機(jī)具有體積小、重量輕,、效率高,、調(diào)速方便、維護(hù)少,、壽命長,、不產(chǎn)生電磁干擾等一系列優(yōu)點(diǎn)，年需求量數(shù)以億計(jì),。

在無刷電動(dòng)機(jī)中,，用磁傳感器來作轉(zhuǎn)子磁極位置傳感和定子電樞電流換向器。許多磁傳感器,，霍爾器件,、威根德器件、磁阻器件等都可以使用,，但大量使用的,，主要是霍爾器件。

電機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測和控制使用了的旋轉(zhuǎn)編碼器，過去多用光編碼器,。磁編碼器的使用顯示出越來越多的優(yōu)點(diǎn)，正在逐漸取代光學(xué)器件,。使用磁傳感器還可以對電機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)(主要用霍爾電流傳感器)及轉(zhuǎn)矩檢測,。

1.2 電力電子技術(shù)

電力電子表技術(shù)是電力技術(shù)和電子技術(shù)的結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)交直流電流的相互變換,，并可在所需的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電流,、電壓和頻率的自由調(diào)節(jié)。采用這些技術(shù)和產(chǎn)品,，可做成各種特殊電源(如UPS,、高頻電源、開關(guān)電源,、弧焊機(jī)逆變電源等)和交流變頻器等產(chǎn)品(交流變頻器用于電機(jī)調(diào)速,，節(jié)能效果好)。這些變流裝置的核心,，是大功率半導(dǎo)體器件,。以磁傳感器為基礎(chǔ)的各種電流傳感器被用來監(jiān)測、控制和保護(hù)這些大功率器件,?；魻栯娏鱾鞲衅黜憫?yīng)速度快，且依靠磁場和被控電路耦合,，不接入主電路,，因而功耗低，抗過載能力強(qiáng),，線性好,，可靠性高，既可作為大功率器件的過流保護(hù)驅(qū)動(dòng)器,，又可作為反饋器件,，成為自控環(huán)路的一個(gè)控制環(huán)節(jié)。使用變流技術(shù)可以大量節(jié)能,，國外使用的電能95%是經(jīng)過變換來的,，國內(nèi)變流技術(shù)雖已受到高度重視，但僅有5%的電能經(jīng)過這種變換,，可見具有巨大的應(yīng)用前景,。其中，可能吸納大量的電流傳感器,，是磁傳感器的又一巨大的產(chǎn)業(yè)性應(yīng)用領(lǐng)域,。

1.3 能源管理

電網(wǎng)的自動(dòng)檢測系統(tǒng)需采集大量的數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理之后，對電網(wǎng)的運(yùn)行狀況實(shí)施監(jiān)控,，并進(jìn)行負(fù)載的分配調(diào)節(jié)和安全保護(hù),。自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)控制環(huán)節(jié)，都可用以磁傳感器為基礎(chǔ)的電流傳感器,、互感器等來實(shí)現(xiàn),。霍爾電流傳感器已逐步在電網(wǎng)系統(tǒng)中得到應(yīng)用,。用霍爾器件作成的電度表已從研制逐步轉(zhuǎn)向?qū)嵱没?，它們可自?dòng)計(jì)費(fèi)并可顯示功率因數(shù)，以便隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整,，保證高效用電,。

1.4 計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息讀寫磁頭

磁信息記錄裝置除磁帶、磁盤等之外,，還有磁卡,、磁墨水記錄帳冊、鈔*的磁記錄等,，對磁信息存儲(chǔ)和讀出傳感器有巨大需求,。感應(yīng)磁頭，薄膜磁阻磁頭,，非晶磁頭等都獲得了大量的使用,。隨著記錄密度的提高，例如高到100G字節(jié),，需要更高靈敏度和空間分辨力的磁頭,。以多層金屬薄膜為基礎(chǔ)的巨磁阻磁頭、用非晶合金絲制作的非晶合金磁頭,、巨磁阻抗磁頭等正展開激烈的競爭,。

1.5 汽車工業(yè)

在汽車中，使用大量的電機(jī)(高級汽車每輛約需40～60臺(tái)電機(jī),，一般汽車中也有15臺(tái),，這些電機(jī)呈現(xiàn)出無刷化趨勢)，其中使用磁傳感器的數(shù)量之大,，不言而喻;另一個(gè)大量使用磁傳感器的是汽車的ABS系統(tǒng)(防抱制動(dòng)系統(tǒng)),，平均每臺(tái)汽車要使用4～6只速度傳感器，使用的主要是感應(yīng)式速度傳感器,。正在逐步推廣的新型的霍爾齒輪傳感器,，以及威氏器件、非晶器件,、磁阻器件等即將進(jìn)入這一領(lǐng)域,。

另外是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)點(diǎn)火定時(shí)用的速度傳感器及點(diǎn)火器,。這些方面也主要使用感應(yīng)傳感器?；魻桚X輪傳感器和霍爾片開關(guān)已經(jīng)在一些車型中使用,。據(jù)霍尼威爾公司報(bào)導(dǎo)，截止1996年6月,，他們已向汽車工業(yè)供應(yīng)了8000萬只霍爾翼片開關(guān)和300萬只霍爾齒輪速度傳感器,。據(jù)預(yù)測，未來在一輛汽車中,，將采用30多只象霍爾傳感器那樣的磁傳感器。

還有在工業(yè)自動(dòng)控制,、機(jī)器人,、辦公自動(dòng)化、家用電器及各種安全系統(tǒng)等領(lǐng)域,，除大量使用無刷直流電機(jī),，交流變頻器等之外，在電冰箱,、空調(diào)器,、電飯煲等裝置中，使用了大量的磁性溫度控制器,，上世紀(jì)80年代中期已經(jīng)超過數(shù)億只,。

在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造中的應(yīng)用及市場

據(jù)報(bào)道，1995年僅工業(yè)過程控制傳感器的全球市場已達(dá)到260億美元;2001年計(jì)算機(jī)HDD用SV-GMR磁頭的市場超過了4000億日元(約合34億美元),。若采用新型微型磁傳感器,，既使操作更簡便，又提高了可靠性,，增長了器件壽命,，降低了成本。

使用新型磁傳感器可以顯著提高測量和控制精度,，如使用GMI(巨磁阻抗)磁場傳感器,，檢測分辨率和常用磁通門磁強(qiáng)計(jì)一樣，而響應(yīng)速度卻快了一倍,，消耗功率僅為后者的1%;若用霍爾器件,，其分辨率僅4A/m，而所需外場比前者高300余倍;在應(yīng)力檢測中,，SI 傳感器的靈敏度是常用電阻絲的2000倍高,，是半導(dǎo)體應(yīng)變規(guī)的20～40倍。工業(yè)機(jī)床的油壓或氣壓汽缸活塞位置檢測,，廣泛采用套在活塞桿上的永磁環(huán)和AMR元件組成的磁傳感器,，檢測精度達(dá)0.1mm,，檢測速度可在0～500mm/s內(nèi)以高低速度變換;改用GMI或SV-GMR傳感器后，測量精度至少可以提高1個(gè)數(shù)量級,。在機(jī)床數(shù)控化時(shí)代,，數(shù)字磁尺幫助設(shè)計(jì)師們實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制。使用絕對信號(hào)輸出的磁尺,，則不受噪聲,、電源電壓波動(dòng)等干擾，也不必原點(diǎn)復(fù)位,。使用工作狀態(tài)磁敏開關(guān),，還可以完成手動(dòng)與數(shù)控之間的轉(zhuǎn)換。

旋轉(zhuǎn)磁編碼器在旋轉(zhuǎn)量的檢測控制中起關(guān)鍵作用,，它在數(shù)控機(jī)床,、機(jī)器人、工廠自動(dòng)化設(shè)備的位置檢測,、傳輸速度控制,，磁盤、打印機(jī)之類的自動(dòng)化設(shè)備通訊設(shè)備的旋轉(zhuǎn)量檢測中都是不*缺*的重要部件,。其檢測對象是光磁圖形,，不受油霧粉塵的影響，因此比目前先進(jìn)的光編碼器的可靠性高壽命長,，尤其適合于自動(dòng)焊接,、油漆機(jī)器人和與鋼鐵有關(guān)的位置檢測以及各種金屬、木材,、塑料等加工行業(yè)的應(yīng)用,。而仍大量使用光編碼器，由于這種器件易受粉塵,、油污和煙霧的影響,，用在自動(dòng)焊接、油漆機(jī)器人,、紡織和鋼鐵,、木料、塑料等的加工中,，可靠性極差,。應(yīng)用AMR、GMR ,、GMI敏感元件構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)磁編碼器,，就不存在上述缺點(diǎn)，因此,，它們的市場需求年增長率在30%以上,。在家用電器和節(jié)能產(chǎn)品中也也有其廣泛的應(yīng)用潛力,，在節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品中也大有用武之地。若使用微型磁編碼器和控制微機(jī)一體化,，更有利于簡化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),，減少元件數(shù)和占空體積，這在精密制造和加工業(yè)中意義十分重大,。

在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

環(huán)境保護(hù)的前提是對各個(gè)環(huán)境參數(shù)(溫度,、氣壓、大氣成份,、噪聲.......)的監(jiān)測,，這里需要使用多種大量的傳感器。采用強(qiáng)磁致伸縮非晶磁彈微型磁傳感器,，可以同時(shí)測量真空或密閉空間的溫度和氣壓,，而且不用接插件，可以遙測和遠(yuǎn)距離訪問,。在食品包裝、環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)等方面,，應(yīng)用前景廣闊,。

在交通管制中的應(yīng)用

交通事故和交通阻塞是城市中和城市間交通存在的一個(gè)大問題。國內(nèi)外都在加強(qiáng)高速公路行車支持道路系統(tǒng)(AHS),、智能運(yùn)輸系統(tǒng)(ITS)和道路交通信息系統(tǒng)(VICS)等的開發(fā)與建設(shè),。在這些新系統(tǒng)中，高靈敏度,、高速響應(yīng)微型磁傳感器大有用武之地,。例如，用分辨率可達(dá)1nT的GMI和SI傳感器,，可構(gòu)成ITS傳感器(作高速路上的道路標(biāo)志,，測車輪角度，貨車近接距離),，汽車通過記錄儀(測通行方向,、速度、車身長度,、車種識(shí)別),，停車場成批車輛傳感器，加速度傳感器(測車輛通過時(shí)路橋的振動(dòng)等),。

磁傳感器在電子羅盤中的應(yīng)用

幾個(gè)世紀(jì)以來,，人們在導(dǎo)航中一直使用磁羅盤。有資料顯示早在二千多年前中國人就開始使用天然磁石-一種磁鐵礦來指示水平方向,。電子羅盤(數(shù)字羅盤,，電子指南針,，數(shù)字指南針)是測量方位角(航向角)比較經(jīng)濟(jì)的一種電子儀器。如今電子指南針廣泛應(yīng)用于汽車和手持電子羅盤,，手表,，手機(jī)，對講機(jī),，雷達(dá)探測器,，望遠(yuǎn)鏡，探星儀,，穆斯林麥加探測器(穆斯林鐘),，手持 GPS 系統(tǒng)，尋路器,，導(dǎo)航( 航位推測 ),，位置/方位系統(tǒng)，安全/定位設(shè)備,，汽車,、航海和航空的高性能導(dǎo)航設(shè)備，電子游戲機(jī)設(shè)備等需要方向或姿態(tài)顯示的設(shè)備,。

地球本身是一個(gè)大磁鐵,，地球表面的磁場大約為0.5Oe，地磁場平行地球表面并始終指向北方,。利用GMR薄膜可做成用來探測地磁場的傳感器,。圖5顯示這種傳感器的具體工作原理。我們可以制出能夠探測磁場X和Y方向分量的集成GMR傳感器,。此傳感器可作為羅盤并應(yīng)用在各種交通工具上作為導(dǎo)航裝置,。美國的NVE公司已經(jīng)把GMR傳感器用在車輛的交通控制系統(tǒng)上。例如,，放置在高速公路邊的GMR傳感器可以計(jì)算和區(qū)別通過傳感器的車輛,。如果同時(shí)分開放置兩個(gè)GMR傳感器，還可以探測出通過車輛的速度和車輛的長度,，當(dāng)然GMR也可用在公路的收費(fèi)亭,，從而實(shí)現(xiàn)收費(fèi)的自動(dòng)控制。另外高靈敏度和低磁場的傳感器可以用在航空,、航天及衛(wèi)星通信技術(shù)上,。大家知道，在軍事工業(yè)中隨著吸波技術(shù)的發(fā)展,，軍事物件可以通過覆蓋一層吸波材料而隱蔽,，但是它們無論如何都會(huì)產(chǎn)生磁場，因此通過GMR磁場傳感器可以把隱蔽的物體找出來,。當(dāng)然,，GMR磁場傳感器可以應(yīng)用在衛(wèi)星上,，用來探測地球表面上的物體和底下的礦藏分布。 

門磁傳感器在智能家居中的應(yīng)用

在智能家居門禁系統(tǒng)中門磁開關(guān)的作用是負(fù)責(zé)門磁通電否,，通電帶磁(閉門),，斷電消磁(開門)，門磁安裝于門與門套上,，開關(guān)安裝于屋內(nèi),，配合自動(dòng)閉門器使用，一般可承受150公斤的拉力,。

有線門磁為嵌入式安裝更加隱蔽,，感應(yīng)門窗的開合，適用于木質(zhì)或鋁合金門窗發(fā)出有線常閉/常開開關(guān)信號(hào),。門磁是用來探測門,、窗、抽屜等是否被非法打開或移動(dòng),。它由無線發(fā)射器和磁塊兩部分組成,。門磁系統(tǒng)其實(shí)和床磁等原理相同。

丹麥Brüel&Kj?r磁傳感器MM-0002是一種可變磁阻裝置,，可用于振動(dòng)速度測量或電磁振動(dòng)激振器,。移動(dòng)部件可以是測試結(jié)構(gòu)本身，要求它是鐵磁性的,，或者是提供一個(gè)高磁導(dǎo)率盤，粘合到電磁體對面的振動(dòng)結(jié)構(gòu)上,。使用情景

無接觸速度檢測或激勵(lì)

不需要絕對值的振動(dòng)測量

計(jì)數(shù)機(jī)械事件,，或配合電子計(jì)數(shù)器測量事件之間的時(shí)間

觸發(fā)頻閃儀，示波器,，跟蹤濾波器等