磁性傳感的用途及特性分析

正如我們在之前的TechZone文章（“接近感應(yīng)選項，第1部分：電容式傳感器”）中所述，工程師可以采用各種傳感器技術(shù) - 電容式，磁性式或光學(xué)式 - 來確定一個物體的接近程度。另一方面，技術(shù)的選擇在很大程度上取決于應(yīng)用的細節(jié)。在本文中，我們將使用不同類型的當前可用傳感器及其典型用途的示例來檢查磁技術(shù)及其優(yōu)缺點。

磁傳感器

磁傳感器是一種能夠以與變化或中斷成比例的方式響應(yīng)磁場變化或中斷的設(shè)備。磁傳感器的類型包括依賴于霍爾效應(yīng)的磁傳感器和基于磁阻（MR）效應(yīng)的磁傳感器。這兩種傳感器的主要功能區(qū)別在于霍爾效應(yīng)傳感器響應(yīng)垂直于傳感器場的場的變化，而MR傳感器響應(yīng)平行于傳感器場的場變化（圖1）。

圖1：雖然霍爾效應(yīng)（a）和磁阻（b）傳感器都響應(yīng)外部場，但每種類型的傳感器都有其獨特的優(yōu)勢。

由Edwin Hall于1879年發(fā)現(xiàn)，同名霍爾效應(yīng)在半導(dǎo)體上產(chǎn)生電壓差（霍爾電壓），當磁場垂直于該電流時，恒定電流橫向流動（圖1a）。使用MR傳感器時，當連接到恒壓源的材料經(jīng)受改變材料電阻的平行磁場時會產(chǎn)生電流差異，從而改變電流（圖1b）。在這兩種情況下，變化都與磁場的變化成比例。

MR傳感器比霍爾傳感器靈敏得多，最高可達兩個數(shù)量級。并且霍爾傳感器在磁極相對于傳感器在某個方向上對準的情況下操作（例如，向北），而MR在極方向上是不可知的。然而，霍爾傳感器具有基于硅的優(yōu)點，這意味著它們可以與其他數(shù)字電子器件單片集成以進行濾波和補償。兩種類型的易讀磁性傳感器由許多不同的制造商生產(chǎn)，其產(chǎn)品可以在Digi-Key網(wǎng)站上找到，包括：ams，Bourns，Cherry，Littelfuse/Hamlin，霍尼韋爾傳感與控制，Magnasphere，Murata，Spectra Symbol ，Standex-Meder Electronics和TT Electronics。

磁阻傳感器

磁阻傳感器的主要用途之一是精確，非接觸式位移測量;醫(yī)療，運輸和工業(yè)系統(tǒng)都以這種方式用于MR傳感器。這種傳感器的一個例子是霍尼韋爾傳感與控制的APS00B。 APS00B高分辨率磁性角位傳感器IC是一種用于角度或旋轉(zhuǎn)位移的微型表面貼裝設(shè)備，專為磁場，飽和磁場傳感而設(shè)計。它產(chǎn)生的模擬輸出電壓隨著通過IC表面的磁通量的方向而變化。

APS00B采用霍尼韋爾（中國）的各向異性磁阻（AMR）技術(shù)，該技術(shù)與基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器相比具有一些優(yōu)勢。 AMR能夠分辨十分之一度或十分之一毫米，能夠承受磁鐵與傳感器間隙的巨大差異，并且對沖擊和振動不敏感。該技術(shù)用于雙飽和模式惠斯通電橋（圖2），產(chǎn)生正交（正弦和余弦）信號，可提供高達180°的擴展角度測量范圍。

圖2：霍尼韋爾（中國）的APS00B磁阻傳感器在橋接器中使用雙傳感器進行精確傳感，分辨率優(yōu)于10 mm。傳感器（左側(cè)）與儀表放大器和帶有ADC的微處理器一起使用，在進一步處理之前將傳感器的模擬輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式（由霍尼韋爾傳感與控制部提供）。

霍尼韋爾（中國）為大批量OEM設(shè)計創(chuàng)建了傳感器，這是一種經(jīng)濟高效且節(jié)省空間的解決方案;除了非接觸式精密位置測量之外，潛在的應(yīng)用包括位置傳感和旋轉(zhuǎn)速度和角度檢測。表面貼裝器件設(shè)計為通過自動焊料回流操作直接連接到PC板（PCB）的電氣跡線;由于傳感器不需要在電路板上鉆孔，因此可能有助于降低PCB成本。

霍爾效應(yīng)傳感器

霍爾效應(yīng)傳感器最常見的應(yīng)用之一是確定齒輪齒的接近程度。這已經(jīng)應(yīng)用于數(shù)控機床，測量傳動速度，以及提供工業(yè)反饋控制。

這種類型的有趣設(shè)備是GS100102，它是Cherry的GS1001，1002系列的成員。堅固的齒輪齒傳感器設(shè)計用于需要進行鐵質(zhì)邊緣檢測或接近零速度檢測（無需加電識別）的應(yīng)用。該器件的工作電壓為5至24 VDC，最大電流為6 mA，上升時間僅為5μs。該傳感器采用不銹鋼外殼，耐ESD至4 kV（接觸放電），工作溫度范圍為-40°C至125°C。正在檢測其位置的目標應(yīng)由低碳冷軋鋼制成。性能受齒輪高度，寬度，厚度和齒間間隙等因素的影響（圖3）。

圖3：Cherry的GS100102設(shè)計用于接近零速的惡劣條件下。請注意，其電流吸收輸出需要使用上拉電阻（由Cherry提供）。

另一種常用的霍爾效應(yīng)傳感器是葉片或槽探測器。在這種類型的裝置中，霍爾效應(yīng)傳感器和磁鐵彼此相對安裝，在它們之間有一個槽，鐵質(zhì)材料可以通過該槽。當槽被鐵材料（稱為葉片）阻擋時，霍爾傳感器看到的磁通密度降低，并且產(chǎn)生輸出。

這種傳感器的一個例子是Littelfuse/Hamlin的55085微型葉片霍爾效應(yīng)傳感器（圖4）。在這個單元中，傳感器和磁鐵包含在一個外殼中，其中一個3針引出線與傳感器成為一體。該傳感器具有反向和過壓保護以及內(nèi)置溫度補償功能。

圖4：Littelfuse/Hamlin的55085是一種葉片式霍爾效應(yīng)傳感器，內(nèi)置磁鐵，采用小型封裝。如果需要抑制瞬態(tài)，可選擇電容Cn靠近傳感器放置，而Rpu是用于吸收輸出的上拉電阻（由Littelfuse/Hamlin提供）。

該設(shè)備適用于位置和極限傳感，軸旋轉(zhuǎn)傳感和安全系統(tǒng)等應(yīng)用，具有多種優(yōu)勢，包括高開關(guān)速度（高達10 kHz）和長壽命（高達200億次操作）。此外，它不受惡劣環(huán)境的影響，并且可以在靜態(tài)或動態(tài)磁場中操作。它的優(yōu)點是它的小尺寸;封裝器件的占位面積為28 x 9 mm，高度為13.5 mm，不包括引腳。結(jié)果