磁傳感器的應(yīng)用場景有哪些？

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　　磁傳感器為電流傳感、接近傳感、線性速率或轉(zhuǎn)動速率傳感，以及定向磁異態(tài)檢測，角度、位置或位移測量等許多傳感方面的問題提供了獨特的解決方案。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，我們就來掰一掰磁傳感器在國民經(jīng)濟、國防建設(shè)、科學(xué)技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生等各個領(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、開環(huán)與閉環(huán)霍爾器件以及磁通門傳感器。

　　1、電機

　　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，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電機進行過載保護及轉(zhuǎn)矩檢測；

　　交流變頻器用于電機調(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對電機的轉(zhuǎn)速進行檢測和控制，例如，在電動車窗之中，傳感器可以確定軸轉(zhuǎn)動了多少圈，以控制車窗升降器的行程，傳感器也可以探測到人手造成的異常負載情況，提供所謂的“防夾”功能，在碰到物體的時候，電機可以反轉(zhuǎn)；

　　用于直流電機換向和探測電流的電動助力轉(zhuǎn)向傳感器也是一個快速增長的應(yīng)用，用于代替電動液壓型系統(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。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監(jiān)測控制和保護這些大功率器件?；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，線性好，可靠性高，既可作為大功率器件的過流保護驅(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)。

　　使用變頻技術(shù)可以大量節(jié)能， 我國的變頻技術(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，并進行負載的分配調(diào)節(jié)和安全保護。自動監(jiān)控系統(tǒng)的各個控制環(huán)節(jié)，是用磁傳感器為基礎(chǔ)的電流傳感器、互感器等來實現(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計費并可顯示功率因數(shù)，以便隨時進行調(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，在智能電表計量領(lǐng)域具有非常重要的優(yōu)勢。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、磁盤等之外，還有磁卡、磁墨水記錄帳冊、鈔票的磁記錄等，對磁信息存儲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)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1nT的SI傳感器，可構(gòu)成ITS傳感器（作高速路上的道路標志，測車輪角度，貨車接近距離），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）等。

　　利用GMR傳感器可放置在公路上探測到車輛大小、位置等數(shù)據(jù)，用于監(jiān)控高速公路車流量和停車場車輛停放情況。GMR也可用在公路的收費亭，從而實現(xiàn)收費的自動控制。

　　為了保障動車運行的安全，在動車沿線每隔兩公里鋪一個磁性傳感器，當動車沒電的時候信號就可以自動傳到調(diào)度中心；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。

　　二、在汽車中的應(yīng)用無處不在

　　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)檢測以及導(dǎo)航、定位等方面的應(yīng)用，比如車速測量、踏板位置、變速箱位置、電機旋轉(zhuǎn)、助力扭矩測量、曲軸位置、傾角測量、電子導(dǎo)航、防抱死檢測、泊車定位、安全氣囊與太陽能板中的缺陷檢測、座椅位置記憶、改善導(dǎo)航系統(tǒng)的航向分辨率。

　　當一塊磁鐵固定在轉(zhuǎn)動輪子的邊沿而GMR磁阻傳感器固定在輪子的旁邊并保持一定的距離時，磁鐵隨輪子而轉(zhuǎn)動，輪子轉(zhuǎn)動一圈，就會產(chǎn)生一個電壓脈沖輸出。這類基本輪轉(zhuǎn)速感測、扭矩感測應(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。

　　霍爾開關(guān)器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高，工作溫度范圍寬，可達-55℃～150℃。開關(guān)型霍爾傳感經(jīng)過一次磁場強度的變化，則完成了一次開關(guān)動作，輸出數(shù)字信號，可以計算汽車或機器轉(zhuǎn)速、ABS系統(tǒng)中的速度傳感器、汽車速度表和里程表、機車的自動門開關(guān)、無刷直流電動機、汽車點火系統(tǒng)等。

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

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

　　高級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，如風扇冷卻、交流發(fā)電機以及風擋雨刷；豪華轎車擁有將近100個電機，其中包括用于空調(diào)送風機、電子轉(zhuǎn)向與油門控制的傳感器，用于自動化與新型雙離合系統(tǒng)的傳動傳感器，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)量信息來控制進氣風門。

　　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、較大的動態(tài)范圍、更小的尺寸等特點，可以說其它磁傳感器是無法比擬的。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理和監(jiān)控。無論是在手術(shù)過程中，重癥監(jiān)護室，醫(yī)院復(fù)健護理，還是在家庭護理方面，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)備之中用于電機控制，比如呼吸機、輸液、胰島素和腎臟透析機等方面的應(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)測血液再造系統(tǒng)、自動血樣分析系統(tǒng)）。

　　將細胞、蛋白質(zhì)、抗體、病原體、病毒、DNA等用納米級的磁性小顆粒來標記，也就是磁化這些被探測的對象，再用高靈敏度的GMR磁阻傳感器來探測它們的具體位置。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、壓電晶體檢測方法相比具有精度高、體積小的優(yōu)勢，主要用于病變部位的非接觸式探測、室溫心磁圖檢測、生物分子識別分析等。

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

　　四、在電子消費領(lǐng)域市場誘人

　　隨著消費電子在全球的風靡，磁傳感器在消費電子中的應(yīng)用表現(xiàn)也十分強勁。例如手機、筆記本電腦、電子玩具、電子羅盤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公司投放市場的硬盤數(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、MP3播放器的標準技術(shù)。

　　MEMS傳感器與磁傳感器在應(yīng)用中互相促進，推動磁傳感器在消費電子產(chǎn)品應(yīng)用的逐步增長。雖然磁阻傳感器發(fā)展歷程已經(jīng)很漫長，技術(shù)相對成熟，但僅作為電子羅盤的單獨應(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)航市場成為一個亮點。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，還能實現(xiàn)9軸組合傳感器，則構(gòu)成了功能更強大的慣性導(dǎo)航產(chǎn)品。

　　在多軸測量電子羅盤中，磁傳感器擔當著重要部件的角色。而目前具備GPS系統(tǒng)的手機與平板電腦都會采取多軸測量電子羅盤做為標配，這也讓磁傳感器在無形之中搭上了消費電子的快車。目前磁傳感器在消費電子中的應(yīng)用，還讓游戲控制器、筆記本、數(shù)碼相機等具有了地理標簽功能。

　　五、在航空、航天、衛(wèi)星通信及軍事工業(yè)大顯身手

　　高靈敏度和探測弱磁場的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磁阻傳感器就可以把隱蔽的物體找出來。

　　GMR磁阻傳感器可以應(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。電子羅盤在武器／導(dǎo)彈導(dǎo)航（航位推測），航海和航空的高性能導(dǎo)航設(shè)備中功不可沒。

　　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（無須接觸目標）時，傳感器就可以探測到磁場的變化使水雷或地雷爆炸，提高了殺傷力。

　　美國海軍于20世紀80年代初開始研制Terfenol-D水下聲納，由永磁體產(chǎn)生偏磁場，螺線管產(chǎn)生交流磁場，隨著磁場的變化環(huán)就膨脹收縮將聲波發(fā)射出去，利用水聲傳播特性對水中目標進行傳感探測，用于搜索、測定、識別和跟蹤潛艇和其他水中目標，進行水聲對抗，水下戰(zhàn)術(shù)通信、導(dǎo)航和武器制導(dǎo)、保障艦艇、反潛飛機的戰(zhàn)術(shù)機動和水中武器的使用等。

　　六、在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用前景廣闊

　　環(huán)境保護的前提是對各個環(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和感應(yīng)式磁傳感器，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)器等機器的不間斷電源（UPS）、焊接系統(tǒng)、機器人技術(shù)、火車運輸基礎(chǔ)設(shè)施、非道路車輛和叉車。

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

　　各向異性AMR磁阻傳感器可以用來辨別埋藏物質(zhì)。磁阻傳感器利用薄膜合金遇到磁場會產(chǎn)生磁阻值變化的性質(zhì)，當電橋遇到不同強度的磁場時會產(chǎn)生不同的電壓輸出，將磁性信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴Ｔ诔鞘新氛┕ぶ?，避免了打漏地下管線，進而造成漏水、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關(guān)?；魻栯娏鱾鞲衅黛`敏度低，需要通過鐵磁材料的磁聚效應(yīng)來提高精度。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。接近開關(guān)上，由于霍爾傳感器信號范圍小，靈敏度低，對于長距離不敏感， 用TMR磁傳感器做成的接近開關(guān)可以應(yīng)用在長距離檢測和特殊環(huán)境的測速。

　　在大型變頻電機等電流較高的應(yīng)用中，開環(huán)與閉環(huán)霍爾傳感器在一個小型封裝中使用霍爾效應(yīng)IC;也可以提高集成度，在封裝中包含一個專用集成電路。霍爾IC同樣用于工業(yè)洗衣機變頻器控制應(yīng)用之中。除了電流傳感器，獨立霍爾效應(yīng)IC或磁阻傳感器開關(guān)也存在規(guī)模一定的市場，這些器件用于電機整流，以降低紋波和改善性能，或者用于位置測量等。

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

　　編輯：黃飛