九軸傳感器之磁力計(jì)

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前面幾篇著重介紹了九軸姿態(tài)傳感器中的三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀，在本篇中繼續(xù)為大家介紹九軸傳感器中的三軸磁力計(jì)。所謂的磁力計(jì)就是通過測量磁場強(qiáng)度和方向來定位設(shè)備的方位的傳感器。下面我們介紹一下其工作原理。

磁傳感器就是感應(yīng)環(huán)境磁場的變化，并把它轉(zhuǎn)換為電信號，從而測量出對應(yīng)物理量的器件，主要應(yīng)用在電子羅盤、磁場感應(yīng)器、位置感應(yīng)器等方案中。見圖1，磁傳感器廣泛采用AMR材料（AnisotropicMagneto-Resistance），如鐵、鈷、鎳及其合金等；AMR特性是指當(dāng)外部磁場與磁體內(nèi)建磁場方向成零度角時(shí), 電阻是不會隨著外加磁場強(qiáng)度變化而發(fā)生改變的，但當(dāng)外部磁場與磁體的內(nèi)建磁場有一定角度的時(shí)候, 磁體內(nèi)部磁化矢量會偏移，從而磁場方向和電流方向也會隨之變化，導(dǎo)致電阻阻值也將發(fā)生變化；從圖1中可以看到，當(dāng)電流方向和磁體內(nèi)磁化方向成45度角度時(shí)，外部磁場給磁阻所引起的電阻變化呈現(xiàn)出的是線性關(guān)系，所以磁傳感器在沒有外部磁力影響時(shí)候的初始角度設(shè)定為45度，利用這個(gè)線性關(guān)系再通過惠斯通電橋即可得到外界磁場值。

圖1

如圖2所示即為惠斯通電橋，由四個(gè)磁阻組成磁傳感器，其中R1和R4對應(yīng)圖1中的Rb，R2和R3對應(yīng)圖1中的Ra，一旦受到圖1一樣方向的外部磁場影響，則R1和R4的阻值會減少?R，而R2和R3的阻值會增加?R。

圖2

下面我們分別采用歐姆定律來計(jì)算B點(diǎn)和C點(diǎn)的電壓Vb和Vc。

流過R1和R3的電流I1為

B點(diǎn)的電壓為

同樣的，C點(diǎn)電壓為

這樣我們就可以得出B點(diǎn)和C點(diǎn)的壓差?V

假設(shè)R1/R2/R3/R4的初始值為R，阻值變化為?R，則R1和R4的值為R-?R，R2和R3的值為R+?R，最終形成值為

從以上公式可以看出，在外部磁場的作用下電阻變化為?R時(shí)，?V的值和?R現(xiàn)成正比關(guān)系，這就是磁力計(jì)的工作原理。