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)計用于振動速度測量或電磁振動激振器

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、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。

1.1 電機工業(yè)

無刷電動機具有體積小、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，年需求量數(shù)以億計。

在無刷電動機中，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，正在逐漸取代光學(xué)器件。使用磁傳感器還可以對電機進(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，可實現(xiàn)交直流電流的相互變換，并可在所需的范圍內(nèi)實現(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、弧焊機逆變電源等)和交流變頻器等產(chǎn)品(交流變頻器用于電機調(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。霍爾電流傳感器響應(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，線性好，可靠性高，既可作為大功率器件的過流保護(hù)驅(qū)動器，又可作為反饋器件，成為自控環(huán)路的一個控制環(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)的自動檢測系統(tǒng)需采集大量的數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機處理之后，對電網(wǎng)的運行狀況實施監(jiān)控，并進(jìn)行負(fù)載的分配調(diào)節(jié)和安全保護(hù)。自動監(jiān)控系統(tǒng)的各個控制環(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?，它們可自動計費并可顯示功率因數(shù)，以便隨時進(jìn)行調(diào)整，保證高效用電。

1.4 計算機技術(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(高級汽車每輛約需40～60臺電機，一般汽車中也有15臺，這些電機呈現(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;另一個大量使用磁傳感器的是汽車的ABS系統(tǒng)(防抱制動系統(tǒng))，平均每臺汽車要使用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)動機系統(tǒng)點火定時用的速度傳感器及點火器。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)自動控制、機器人、辦公自動化、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，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)報道，1995年僅工業(yè)過程控制傳感器的*市場已達(dá)到260億美元;2001年計算機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計一樣，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個數(shù)量級。在機床數(shù)控化時代，數(shù)字磁尺幫助設(shè)計師們實現(xiàn)了閉環(huán)控制。使用絕對信號輸出的磁尺，則不受噪聲、電源電壓波動等干擾，也不必原點復(fù)位。使用工作狀態(tài)磁敏開關(guān)，還可以完成手動與數(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)控機床、機器人、工廠自動化設(shè)備的位置檢測、傳輸速度控制，磁盤、打印機之類的自動化設(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，因此比目前優(yōu)良的光編碼器的可靠性高壽命長，尤其適合于自動焊接、油漆機器人和與鋼鐵有關(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，用在自動焊接、油漆機器人、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，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。采用強磁致伸縮非晶磁彈微型磁傳感器，可以同時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)實驗等方面，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大問題。國內(nèi)外都在加強高速公路行車支持道路系統(tǒng)(AHS)、智能運輸系統(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、車種識別)，停車場成批車輛傳感器，加速度傳感器(測車輛通過時路橋的振動等)。

磁傳感器在電子羅盤中的應(yīng)用

幾個世紀(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，對講機，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傳感器可以計算和區(qū)別通過傳感器的車輛。如果同時分開放置兩個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亭，從而實現(xiàn)收費的自動控制。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。門磁是用來探測門、窗、抽屜等是否被非法打開或移動。它由無線發(fā)射器和磁塊兩部分組成。門磁系統(tǒng)其實和床磁等原理相同。

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

無接觸速度檢測或激勵

不需要絕對值的振動測量

計數(shù)機械事件，或配合電子計數(shù)器測量事件之間的時間

觸發(fā)頻閃儀，示波器，跟蹤濾波器等