磁傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景有哪些？

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　　磁傳感器為電流傳感、接近傳感、線性速率或轉(zhuǎn)動(dòng)速率傳感，以及定向磁異態(tài)檢測(cè)，角度、位置或位移測(cè)量等許多傳感方面的問(wèn)題提供了獨(dú)特的解決方案。了解磁傳感器技術(shù)背后的概念和它們最合適的應(yīng)用將有助于幫您決定選擇的磁傳感器是否是您的最佳應(yīng)用解決方案。

　　磁傳感器的應(yīng)用十分廣泛，今天，我們就來(lái)掰一掰磁傳感器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用狀況。

　　一、工業(yè)上用途廣泛

　　在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，最流行的磁性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(mén)傳感器。

　　1、電機(jī)

　　在無(wú)刷電動(dòng)機(jī)中，用磁傳感器來(lái)作轉(zhuǎn)子磁極位置傳感和定子電樞電流換向器，磁傳感器中，霍爾器件、威根德器件、磁阻器件等都可以使用，但主要還是以霍爾傳感器為主。另外磁傳感器還可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)及轉(zhuǎn)矩檢測(cè)；

　　交流變頻器用于電機(jī)調(diào)速，節(jié)能效果極好；磁編碼器的使用正在逐漸取代光編碼器來(lái)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)和控制，例如，在電動(dòng)車窗之中，傳感器可以確定軸轉(zhuǎn)動(dòng)了多少圈，以控制車窗升降器的行程，傳感器也可以探測(cè)到人手造成的異常負(fù)載情況，提供所謂的“防夾”功能，在碰到物體的時(shí)候，電機(jī)可以反轉(zhuǎn)；

　　用于直流電機(jī)換向和探測(cè)電流的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向傳感器也是一個(gè)快速增長(zhǎng)的應(yīng)用，用于代替電動(dòng)液壓型系統(tǒng)。

　　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(kāi)關(guān)電源、弧焊機(jī)逆變電源等）和交流變頻器等產(chǎn)品。這些變頻裝置的核心，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(lái)監(jiān)測(cè)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(chǎng)和被控電路耦合，不接入主電路，因而功耗低，抗過(guò)載能力強(qiáng)，線性好，可靠性高，既可作為大功率器件的過(guò)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)。

　　使用變頻技術(shù)可以大量節(jié)能， 我國(guó)的變頻技術(shù)改造，將需求大量的電流傳感器，這將是磁傳感器的又一巨大的產(chǎn)業(yè)性應(yīng)用領(lǐng)域。

　　3、能源管理

　　電網(wǎng)的自動(dòng)檢測(cè)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(duì)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)，是用磁傳感器為基礎(chǔ)的電流傳感器、互感器等來(lái)實(shí)現(xiàn)?；魻栯娏鱾鞲衅髟缫言陔娋W(wǎng)系統(tǒng)中得到應(yīng)用，用霍爾器件作成的電度表可自動(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。

　　第四代的TMR磁傳感器溫度穩(wěn)定性好，對(duì)溫度不敏感，線性度好，靈敏度高，不需要聚磁，因此采用TMR磁傳感器的電流傳感器具有體積小，溫度特性好，精度高，整體成本低的特點(diǎn)，在智能電表計(jì)量領(lǐng)域具有非常重要的優(yōu)勢(shì)。在氣表和熱力表上也有同樣的TMR磁傳感器的應(yīng)用。

　　4、磁信息記錄裝置

　　磁信息記錄裝置除磁帶、磁盤(pán)等之外，還有磁卡、磁墨水記錄帳冊(cè)、鈔票的磁記錄等，對(duì)磁信息存儲(chǔ)和讀出傳感器有巨大需求。目前，感應(yīng)磁頭，TMR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、巨磁阻抗磁頭等都被廣泛地應(yīng)用。

　　5、交通控制

　　目前，在加強(qiáng)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(kāi)發(fā)與建設(shè)中，高靈敏度、高速響應(yīng)的微型DMR磁傳感器大有用武之地。例如，用分辨率可達(dá)1nT的SI傳感器，可構(gòu)成ITS傳感器（作高速路上的道路標(biāo)志，測(cè)車輪角度，貨車接近距離），汽車通過(guò)記錄儀（測(cè)通行方向、速度、車身長(zhǎng)度、車種識(shí)別）、停車場(chǎng)成批車輛傳感器、加速度傳感器（測(cè)車輛通過(guò)時(shí)路橋的振動(dòng)等）等。

　　利用GMR傳感器可放置在公路上探測(cè)到車輛大小、位置等數(shù)據(jù)，用于監(jiān)控高速公路車流量和停車場(chǎng)車輛停放情況。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。

　　為了保障動(dòng)車運(yùn)行的安全，在動(dòng)車沿線每隔兩公里鋪一個(gè)磁性傳感器，當(dāng)動(dòng)車沒(méi)電的時(shí)候信號(hào)就可以自動(dòng)傳到調(diào)度中心；美國(guó)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。

　　二、在汽車中的應(yīng)用無(wú)處不在

　　磁傳感器在汽車上的應(yīng)用尤其普遍，例如包括汽車安全、汽車舒適性、汽車節(jié)能降耗等。它在汽車中主要被用于車速、傾角、角度、距離、接近、位置等參數(shù)檢測(cè)以及導(dǎo)航、定位等方面的應(yīng)用，比如車速測(cè)量、踏板位置、變速箱位置、電機(jī)旋轉(zhuǎn)、助力扭矩測(cè)量、曲軸位置、傾角測(cè)量、電子導(dǎo)航、防抱死檢測(cè)、泊車定位、安全氣囊與太陽(yáng)能板中的缺陷檢測(cè)、座椅位置記憶、改善導(dǎo)航系統(tǒng)的航向分辨率。

　　當(dāng)一塊磁鐵固定在轉(zhuǎn)動(dòng)輪子的邊沿而GMR磁阻傳感器固定在輪子的旁邊并保持一定的距離時(shí)，磁鐵隨輪子而轉(zhuǎn)動(dòng)，輪子轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖輸出。這類基本輪轉(zhuǎn)速感測(cè)、扭矩感測(cè)應(yīng)用大量使用在汽車剎車系統(tǒng)（ABS）和助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)上。

　　霍爾開(kāi)關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置重復(fù)精度高，工作溫度范圍寬，可達(dá)-55℃～150℃。開(kāi)關(guān)型霍爾傳感經(jīng)過(guò)一次磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，則完成了一次開(kāi)關(guān)動(dòng)作，輸出數(shù)字信號(hào)，可以計(jì)算汽車或機(jī)器轉(zhuǎn)速、ABS系統(tǒng)中的速度傳感器、汽車速度表和里程表、機(jī)車的自動(dòng)門(mén)開(kāi)關(guān)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)、汽車點(diǎn)火系統(tǒng)等。

　　在節(jié)能降耗中， 磁傳感器的應(yīng)用能夠讓馬達(dá)控制或換向更加精確。此外，汽車電子線控節(jié)氣門(mén)系統(tǒng)和電池監(jiān)測(cè)、智能電扇等都有著磁傳感器的身影。

　　在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車中，磁傳感器用于監(jiān)控輔助電機(jī)逆變器。逆變器用于把電池直流電轉(zhuǎn)換成電機(jī)的交流電。這種轉(zhuǎn)換需要使用三個(gè)電流傳感器，電機(jī)的每個(gè)相位都需要一個(gè)。

　　高級(jí)汽車也需要使用霍爾IC和AMR傳感器。中低檔轎車中有10多種電機(jī)，如風(fēng)扇冷卻、交流發(fā)電機(jī)以及風(fēng)擋雨刷；豪華轎車擁有將近100個(gè)電機(jī)，其中包括用于空調(diào)送風(fēng)機(jī)、電子轉(zhuǎn)向與油門(mén)控制的傳感器，用于自動(dòng)化與新型雙離合系統(tǒng)的傳動(dòng)傳感器，以及用于座位位置調(diào)整、天窗、轉(zhuǎn)速表、前燈位置調(diào)整、靠枕的傳感器，甚至用于根據(jù)空氣質(zhì)量信息來(lái)控制進(jìn)氣風(fēng)門(mén)。

　　另外，TMR磁傳感器具備優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性、極高的靈敏度、極低的本底噪聲、超低功耗、高分辨率、較大的動(dòng)態(tài)范圍、更小的尺寸等特點(diǎn)，可以說(shuō)其它磁傳感器是無(wú)法比擬的。在要求苛刻的汽車電子領(lǐng)域，TMR磁阻傳感器將更會(huì)受到青睞！

　　三、在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用中發(fā)揮關(guān)鍵作用

　　輔助健康和監(jiān)護(hù)的醫(yī)療技術(shù)正變得愈發(fā)重要。醫(yī)療傳感器的應(yīng)用提高了自動(dòng)化程度和精確度 。磁性傳感器在醫(yī)療領(lǐng)域中以各種方式輔助病人護(hù)理和監(jiān)控。無(wú)論是在手術(shù)過(guò)程中，重癥監(jiān)護(hù)室，醫(yī)院復(fù)健護(hù)理，還是在家庭護(hù)理方面，都提供了有效的應(yīng)用方案。

　　使用換向傳感器在醫(yī)療設(shè)備之中用于電機(jī)控制，比如呼吸機(jī)、輸液、胰島素和腎臟透析機(jī)等方面的應(yīng)用；電磁編碼器霍爾傳感器用于注射泵中檢測(cè)流速以確定注射器是否為空和注射器是否堵塞的（應(yīng)用于監(jiān)測(cè)血液再造系統(tǒng)、自動(dòng)血樣分析系統(tǒng)）。

　　將細(xì)胞、蛋白質(zhì)、抗體、病原體、病毒、DNA等用納米級(jí)的磁性小顆粒來(lái)標(biāo)記，也就是磁化這些被探測(cè)的對(duì)象，再用高靈敏度的GMR磁阻傳感器來(lái)探測(cè)它們的具體位置。這種應(yīng)用方式在醫(yī)學(xué)及臨床分析、DNA分析、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)有非常重要意義。

　　基于TMR效應(yīng)的自旋閥生物磁傳感器與傳統(tǒng)電化學(xué)分析、壓電晶體檢測(cè)方法相比具有精度高、體積小的優(yōu)勢(shì)，主要用于病變部位的非接觸式探測(cè)、室溫心磁圖檢測(cè)、生物分子識(shí)別分析等。

　　磁性傳感器還可用于準(zhǔn)備樣本的簡(jiǎn)單離心機(jī)，它用來(lái)幫助控制小型電機(jī)，使其變得更加安靜和可靠。在助聽(tīng)器領(lǐng)域，應(yīng)用了巨磁阻傳感器IC （GMR）與霍爾及簧片。

　　四、在電子消費(fèi)領(lǐng)域市場(chǎng)誘人

　　隨著消費(fèi)電子在全球的風(fēng)靡，磁傳感器在消費(fèi)電子中的應(yīng)用表現(xiàn)也十分強(qiáng)勁。例如手機(jī)、筆記本電腦、電子玩具、電子羅盤(pán)等中都有著非常廣泛的應(yīng)用。

　　GMR傳感器的首次商業(yè)應(yīng)用，是由IBM公司投放市場(chǎng)的硬盤(pán)數(shù)據(jù)讀取探頭。到目前為止，巨磁阻技術(shù)已經(jīng)成為全世界幾乎所有電腦、數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。

　　MEMS傳感器與磁傳感器在應(yīng)用中互相促進(jìn)，推動(dòng)磁傳感器在消費(fèi)電子產(chǎn)品應(yīng)用的逐步增長(zhǎng)。雖然磁阻傳感器發(fā)展歷程已經(jīng)很漫長(zhǎng)，技術(shù)相對(duì)成熟，但僅作為電子羅盤(pán)的單獨(dú)應(yīng)用，在以前并不被人們很看好，而現(xiàn)在它與MEMS技術(shù)的結(jié)合，在導(dǎo)航市場(chǎng)成為一個(gè)亮點(diǎn)。如果把陀螺儀、加速度和磁傳感器三種傳感器集成在一起，三者在功能上互相輔助，還能實(shí)現(xiàn)9軸組合傳感器，則構(gòu)成了功能更強(qiáng)大的慣性導(dǎo)航產(chǎn)品。

　　在多軸測(cè)量電子羅盤(pán)中，磁傳感器擔(dān)當(dāng)著重要部件的角色。而目前具備GPS系統(tǒng)的手機(jī)與平板電腦都會(huì)采取多軸測(cè)量電子羅盤(pán)做為標(biāo)配，這也讓磁傳感器在無(wú)形之中搭上了消費(fèi)電子的快車。目前磁傳感器在消費(fèi)電子中的應(yīng)用，還讓游戲控制器、筆記本、數(shù)碼相機(jī)等具有了地理標(biāo)簽功能。

　　五、在航空、航天、衛(wèi)星通信及軍事工業(yè)大顯身手

　　高靈敏度和探測(cè)弱磁場(chǎng)的GMR磁阻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(guò)覆蓋一層吸波材料而隱蔽，但是它們無(wú)論如何都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，因此通過(guò)GMR磁阻傳感器就可以把隱蔽的物體找出來(lái)。

　　GMR磁阻傳感器可以應(yīng)用在衛(wèi)星上，用來(lái)探測(cè)地球表面上的物體和底下的礦藏分布。電子羅盤(pán)在武器／導(dǎo)彈導(dǎo)航（航位推測(cè)），航海和航空的高性能導(dǎo)航設(shè)備中功不可沒(méi)。

　　如果在水雷或地雷上安裝磁傳感器，由于坦克或者軍艦都是鋼鐵制造的，在它們接近（無(wú)須接觸目標(biāo)）時(shí)，傳感器就可以探測(cè)到磁場(chǎng)的變化使水雷或地雷爆炸，提高了殺傷力。

　　美國(guó)海軍于20世紀(jì)80年代初開(kāi)始研制Terfenol-D水下聲納，由永磁體產(chǎn)生偏磁場(chǎng)，螺線管產(chǎn)生交流磁場(chǎng)，隨著磁場(chǎng)的變化環(huán)就膨脹收縮將聲波發(fā)射出去，利用水聲傳播特性對(duì)水中目標(biāo)進(jìn)行傳感探測(cè)，用于搜索、測(cè)定、識(shí)別和跟蹤潛艇和其他水中目標(biāo)，進(jìn)行水聲對(duì)抗，水下戰(zhàn)術(shù)通信、導(dǎo)航和武器制導(dǎo)、保障艦艇、反潛飛機(jī)的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)和水中武器的使用等。

　　六、在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景廣闊

　　環(huán)境保護(hù)的前提是對(duì)各個(gè)環(huán)境參數(shù)（溫度、氣壓、大氣成份、噪聲……．）的監(jiān)測(cè)，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和感應(yīng)式磁傳感器，可以同時(shí)測(cè)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(cè)和遠(yuǎn)距離訪問(wèn)。在食品包裝、環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)等方面，應(yīng)用前景也很廣闊。

　　七、在其它工業(yè)應(yīng)用方面也引人關(guān)注

　　在其它工業(yè)應(yīng)用方面，磁性傳感器可用于電腦服務(wù)器等機(jī)器的不間斷電源（UPS）、焊接系統(tǒng)、機(jī)器人技術(shù)、火車運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施、非道路車輛和叉車。

　　DMR傳感器的微小位移測(cè)量：利用永磁鐵作為參照物，參照物相對(duì)于磁傳感器的運(yùn)動(dòng)可等效為器件在均勻梯度的磁場(chǎng)中的移動(dòng)，因此磁場(chǎng)傳感器的輸出則反映著磁場(chǎng)傳感器或永磁鐵的位移量。這種應(yīng)用可以在機(jī)器人手臂控制，機(jī)床加工精度控制等。

　　各向異性AMR磁阻傳感器可以用來(lái)辨別埋藏物質(zhì)。磁阻傳感器利用薄膜合金遇到磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生磁阻值變化的性質(zhì)，當(dāng)電橋遇到不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的電壓輸出，將磁性信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。在城市路政施工中，避免了打漏地下管線，進(jìn)而造成漏水、漏氣、停電等事故。

　　工業(yè)控制領(lǐng)域中，TMR磁傳感器可用于電流傳感器和接近開(kāi)關(guān)?；魻栯娏鱾鞲衅黛`敏度低，需要通過(guò)鐵磁材料的磁聚效應(yīng)來(lái)提高精度。TMR磁傳感器不需要鐵磁材料，能減少電流傳感器體積，降低成本。接近開(kāi)關(guān)上，由于霍爾傳感器信號(hào)范圍小，靈敏度低，對(duì)于長(zhǎng)距離不敏感， 用TMR磁傳感器做成的接近開(kāi)關(guān)可以應(yīng)用在長(zhǎng)距離檢測(cè)和特殊環(huán)境的測(cè)速。

　　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)專用集成電路。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)模一定的市場(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)量等。

　　磁傳感器是傳感器產(chǎn)業(yè)中的重要分支，在當(dāng)今的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，其應(yīng)用領(lǐng)域有著巨大的市場(chǎng)，在全球范圍內(nèi)被很多國(guó)家提高到了國(guó)家經(jīng)濟(jì)和國(guó)防的戰(zhàn)略高度，我國(guó)也已將傳感器上升為國(guó)家戰(zhàn)略。

　　編輯：黃飛