磁传感器-发展历史及测量机理
磁传感器的工作原理和应用

磁传感器的工作原理和应用磁传感器是一种能够检测和测量磁场的设备,其工作原理基于磁感应效应。
本文将介绍磁传感器的工作原理、种类及其广泛的应用领域。
一、磁传感器的工作原理磁传感器通常由一个敏感元件和一个信号处理单元组成。
敏感元件负责感应磁场并产生相应的电信号,信号处理单元则对这些电信号进行处理和解读。
常见的磁传感器敏感元件包括磁电阻传感器、霍尔效应传感器和磁感应线圈传感器。
它们基于不同的磁感应效应来实现对磁场的感应和测量。
1. 磁电阻传感器:磁电阻效应是指在磁场作用下,材料的电阻发生变化。
磁电阻传感器利用这一效应来感应周围磁场。
当磁场的方向和强度变化时,敏感元件内部的电阻也会相应变化。
通过测量电阻的变化,可以确定磁场的强度和方向。
2. 霍尔效应传感器:霍尔效应是指当载流子在磁场中运动时,由于洛仑兹力的作用,电子在晶格中堆积。
这种堆积使得电子运动轨迹发生偏移,进而引起电阻的变化。
霍尔效应传感器利用这一效应来感应磁场。
当磁场的方向和强度变化时,霍尔传感器中的电阻也会发生相应变化。
通过测量电阻的变化,可以得到磁场的信息。
3. 磁感应线圈传感器:磁感应线圈传感器由线圈和磁芯组成。
当线圈中通过电流时,磁芯的磁导率会发生变化,进而改变线圈的自感和互感。
这种变化可以用来感应周围的磁场。
通过测量线圈中的电流和电压变化,可以确定磁场的强度和方向。
二、磁传感器的应用由于磁传感器能够对磁场进行高精度的感应和测量,因此在许多领域都有广泛的应用。
1. 汽车行业:磁传感器在汽车行业中应用广泛,例如车速传感、转向角传感和刹车传感等。
通过对磁场的感应和测量,磁传感器能够实现对车辆运行状态的监测和控制。
2. 电子产品:磁传感器在电子产品中也有重要的应用。
例如,智能手机中的指南针和陀螺仪就是利用磁传感器来感应和测量磁场,实现屏幕旋转和导航功能。
3. 工业自动化:磁传感器在工业自动化中起着关键的作用。
例如,磁传感器可用于检测机械设备的位置和方向,实现自动控制和监测。
电磁传感器概述及工作原理介绍

电磁传感器概述及工作原理介绍导读:但是作为现代的传感器,为了便于信号处理,需要磁传感器能将磁信号转化成为电信号输出。
应用最早的是根据电磁感应原理制造的磁电式的传感器。
这种磁电式传感器曾在工业控制领域作出了杰出的贡献,但是到今天已经被以高性能磁敏感材料为主的新型磁传感器所替代。
电磁传感器是最古老的传感器,指南针是磁传感器的最早的一种应用。
但是作为现代的传感器,为了便于信号处理,需要磁传感器能将磁信号转化成为电信号输出。
应用最早的是根据电磁感应原理制造的磁电式的传感器。
这种磁电式传感器曾在工业控制领域作出了杰出的贡献,但是到今天已经被以高性能磁敏感材料为主的新型磁传感器所替代。
基本定义什么是磁传感器?就是把磁场、电流、应力应变、温度、光等引起敏感元件磁性能的变化转换成电信号,以这种方式来检测相应物理量的器件。
什么东西会产生磁场?地球会产生磁场,如果你能测地球表面磁场就可以做指南针,任何电流都能产生磁场,电流传感器也是磁场传感器。
电流传感器可以用在家用电器、智能电网、电动车、风力发电等等。
第三类传感器叫做位置传感器,如果你一个磁体和磁传感器相互之间有位置变化,这个位置变化是线性的就是线性传感器,如果转动的就是转动传感器。
大家在生活中都用到很多磁传感器,比如说电脑硬盘、指南针,家用电器等等。
概述在今天所用的电磁效应的传感器中,磁旋转传感器是重要的一种。
磁旋转传感器主要由半导体磁阻元件、永久磁铁、固定器、外壳等几个部分组成。
典型结构是将一对磁阻元件安装在一个永磁体的刺激上,元件的输入输出端子接到固定器上,然后安装在金属盒中,再用工程塑料密封,形成密闭结构,这个结构就具有良好的可靠性。
磁旋转传感器有许多半导体磁阻元件无法比拟的优点。
除了具备很高的灵敏度和很大的输出信号外,而且有很强的转速检测范围,这是由于电子技术发展的结果。
另外,这种传感器还能够应用在很大的温度范围中,有很长的工作寿命、抗灰尘、水和油污的能力强,因此耐受各种环境条件及外部噪声。
电磁感应的发现了解法拉第电磁感应定律的实验与原理

电磁感应的发现了解法拉第电磁感应定律的实验与原理电磁感应的发现:了解法拉第电磁感应定律的实验与原理电磁感应是现代物理学的重要概念之一,也是一项具有广泛应用价值的科学原理。
本文将详细介绍电磁感应的发现历程,以及了解法拉第电磁感应定律的实验与原理。
一、电磁感应的发现电磁感应的发现可以追溯到19世纪,当时物理学家迈克尔·法拉第通过一系列的实验,揭示了电流与磁场之间的相互作用关系。
这一重要发现为后来的电磁感应定律的建立奠定了基础。
在实验中,法拉第首先将一个螺线管放置在磁场中,并将导线与电流源连接起来。
观察到,当导线中有电流流过时,螺线管内的指示器会发生偏转。
这表明通过导线的电流产生了磁场,并且与外部磁场发生相互作用。
继续实验,法拉第进一步发现,当改变导线中的电流强度或方向时,螺线管中的指示器也会相应发生变化。
当导线中的电流发生变化时,其周围的磁场也会相应改变,从而引发了电磁感应现象。
这些实验结果为电磁感应定律的提出打下了基础。
二、了解法拉第电磁感应定律的实验为了更好地理解法拉第电磁感应定律,我们可以进行一系列实验来观察和验证该定律的实际效果。
实验一:法拉第环路实验将一个导线固定成一个闭合的环路,并连接到一个电流源上。
将这个环路放置在一个磁场中,例如一个磁铁或一个电磁体。
通过测量电流源上的电流强度以及测量环路上的电压,我们可以验证法拉第电磁感应定律中的关系。
实验结果表明,在闭合环路中,电流的变化会导致环路上的电压变化。
这种变化与磁场的强度和方向有关。
具体而言,当环路中的磁场发生变化时,环路上的电压会产生涡流,从而产生电动势。
实验二:电磁感应中的电磁感应现象在这个实验中,我们可以使用一个螺线管和一个磁铁来观察电磁感应产生的效果。
将螺线管放置在磁铁附近,并连接到一个灯泡或电流表。
当将磁铁靠近或远离螺线管时,我们可以观察到灯泡的亮灭或电流表的指示。
这是因为,当磁铁靠近螺线管时,磁场通过螺线管,导致涡流在螺线管中产生。
磁电传感器的原理和应用

磁电传感器的原理和应用前言磁电传感器是一种能将磁场信号转换成电信号的传感器,广泛应用于各种领域。
本文将介绍磁电传感器的原理和应用。
一、磁电传感器的原理磁电传感器的工作原理基于磁效应,主要包括霍尔效应、磁电阻效应和磁敏电容效应。
1. 霍尔效应霍尔效应是最早被发现和广泛应用的磁电效应之一。
当电流通过一块导电材料时,若将其放在磁场中,磁场就会对电子流的平衡状态产生影响,从而引起一侧电子浓度的变化,产生电压差。
这个电压差被称为霍尔电压。
2. 磁电阻效应磁电阻效应是指材料在外加磁场下,其电阻发生变化的现象。
常见的磁电阻效应有巨磁电阻效应(GMR)和隧道磁电阻效应(TMR)。
它们的本质是通过控制材料中磁性局域区域的磁结构来改变电阻值。
3. 磁敏电容效应磁敏电容效应是指材料在磁场下,电容值发生变化的现象。
这种效应通常是通过改变材料中的磁性局域区域的电容性质来实现的。
二、磁电传感器的应用磁电传感器由于其高灵敏度、响应速度快、易于集成等特点,在许多领域得到了广泛的应用。
1. 汽车工业磁电传感器在汽车工业中起到了重要的作用。
例如,在车辆换挡控制中,霍尔效应传感器被用于检测离合器和制动踏板的位置,从而实现自动换挡;在刹车控制中,磁敏电容效应传感器被用于检测刹车片的磨损程度,提供刹车片更换的提示。
2. 电子设备磁电传感器广泛应用于各种电子设备中。
例如,在手机中,磁敏电容效应传感器被用于检测翻盖状态和磁盖位置,实现手机的自动睡眠和唤醒功能;在音频设备中,磁电阻传感器被用于控制音量调节,实现用户友好的操作体验。
3. 工业自动化磁电传感器在工业自动化领域中发挥着重要的作用。
例如,在生产线上,磁敏电容效应传感器被用于检测零件的位置和运动状态,实现精准的定位和控制;在机械加工过程中,磁电阻传感器被用于检测工件的尺寸和形状,实现自动化的加工过程控制。
4. 医疗器械磁电传感器在医疗器械领域中应用广泛。
例如,在磁共振成像(MRI)中,磁电阻传感器被用于检测磁场强度和方向,提供精准的成像结果;在心脏起搏器中,霍尔效应传感器被用于检测心脏的电信号,实现有效的心脏节律调整。
电磁感应的发现和原理

电磁感应的发现和原理电磁感应是物理学中的一个核心概念,其发现与研究对于现代电子技术的发展起到了至关重要的作用。
本文将介绍电磁感应的发现历程以及其原理,以帮助读者更好地理解电磁感应的基本知识。
一、发现历程电磁感应的发现可以追溯到19世纪初,当时的科学家穆尔斯(Michael Faraday)和亨利(Joseph Henry)分别独立地进行了相关实验。
他们注意到当通过一个回路中的导线传递电流时,附近的磁场会发生变化,这导致在导线中会产生电流。
这一现象被称为电磁感应。
穆尔斯在1831年进行了一系列的实验,他发现当改变通过回路的磁场强度或者导线和磁场之间的相对运动时,导线中都会产生电动势。
亨利在穆尔斯的实验基础上进一步深化了电磁感应的研究,他发现导线中产生的电动势的大小和磁场的变化速率有关。
这些实验结果为电磁感应的理论奠定了基础,以后的科学家在此基础上进一步发展了电磁感应的理论。
二、原理解析电磁感应的原理可以通过法拉第电磁感应定律来解释。
法拉第电磁感应定律指出:当一个导体在磁场中运动时,会在导体两端产生感应电动势,其大小与导体速度、磁场强度以及导体长度有关。
具体而言,当导体以速度v与磁感应强度B垂直运动时,导体两端将会产生电势差。
这个电势差可以用下式表示:ε = B*l*v其中,ε表示感应电动势,B表示磁感应强度,l表示导体的长度,v表示导体的速度。
同样,当磁场强度B不变,导体相对于磁场的面积发生变化时,也会产生感应电动势。
此时,感应电动势可以用下式表示:ε = B*A*sinθ/t其中,ε表示感应电动势,B表示磁感应强度,A表示导体的面积,θ表示导体与磁场方向之间的夹角,t表示变化的时间。
通过这两个公式,我们可以了解到电磁感应的基本原理。
当导体相对于磁场发生运动或者磁场强度发生变化时,导体中就会产生感应电动势。
进一步,根据欧姆定律,当导体形成闭合回路时,导体中的感应电动势就会产生电流。
三、应用领域电磁感应的发现与原理对现代科学和技术领域产生了深远的影响,广泛应用于以下几个方面:1. 发电机:发电机正是通过电磁感应原理将机械能转化为电能,实现电力的生产和输送。
磁电式传感器的工作原理

一、引言磁电式传感器(magnetic-electric sensor)是一种常见的传感器类型,广泛应用于各个领域中,包括工业自动化、交通运输、机器人、医疗设备等。
磁电式传感器利用磁力与电磁感应的原理,将磁场的变化转化为电信号,从而实现对磁场强度、方向或位置的检测。
本文将详细解释磁电式传感器的工作原理,包括其基本原理、结构、工作方式以及应用领域。
二、磁电式传感器的原理1. 电磁感应原理磁电式传感器的工作原理基于电磁感应的原理。
根据法拉第电磁感应定律,当一个导体在磁力线穿过时,会在导体中产生电动势。
这种现象可以用以下公式表示:EMF = -dΦ/dt其中EMF表示电动势,Φ表示磁场通量,dt表示时间的微小变化。
根据该定律可知,当磁场强度或磁场方向发生变化时,会在导体中产生电动势。
2. 磁电效应原理磁电式传感器的核心部件是磁电材料,如铁电材料或磁电材料。
磁电材料具有磁电效应,即在外加磁场的作用下,会产生磁感应强度与电场强度之间的线性关系。
磁电效应可以通过以下公式表示:E = k * H其中E表示电场强度,k表示磁电系数,H表示磁场强度。
根据该公式可知,当磁场强度发生变化时,磁电材料会产生相应的电场强度变化。
3. 磁电式传感器的构成磁电式传感器通常由磁电材料、电极、封装以及相关电路组成。
磁电材料:磁电材料是磁电式传感器的核心部件,它通过磁电效应将磁场的变化转化为电场的变化。
常见的磁电材料包括铁电材料和磁电材料。
电极:电极用于连接磁电材料和外部电路,将磁电材料产生的电场信号引出。
封装:封装是保护磁电材料和电极的外壳,通常采用环氧树脂或金属外壳进行封装。
相关电路:相关电路包括放大电路、滤波电路和输出电路等,用于放大和处理磁电材料产生的电场信号,提供给外部电路使用。
4. 磁电式传感器的工作原理磁电式传感器的工作原理基于磁电效应和电磁感应的原理。
当存在磁场时,磁电材料会产生相应的电场变化。
根据电磁感应原理,当磁场的强度或方向发生变化时,会在磁电材料中产生电动势。
磁性传感器工作原理

磁性传感器工作原理
磁性传感器是一种能够检测和测量磁场的传感器,它在许多领域都有着广泛的
应用,如汽车工业、电子设备、医疗设备等。
磁性传感器的工作原理主要是基于磁场对其内部磁性材料的影响,通过测量磁场的变化来实现各种功能。
本文将介绍磁性传感器的工作原理及其应用。
磁性传感器的工作原理主要包括霍尔效应、磁致伸缩效应和磁电阻效应。
其中,霍尔效应是最常见的原理之一。
当磁场作用于导电材料上时,会产生一种称为霍尔电压的电压。
这种电压与磁场的强度成正比,可以通过测量霍尔电压的大小来确定磁场的强度和方向。
磁致伸缩效应则是利用磁性材料在磁场作用下的尺寸变化来测量磁场的变化。
而磁电阻效应则是利用磁性材料在外加磁场下电阻的变化来实现磁场的测量。
磁性传感器的应用非常广泛,其中包括地磁传感器、磁力传感器、磁导航传感
器等。
地磁传感器主要用于测量地球磁场的变化,可用于导航、地震预警等领域。
磁力传感器则可以用于检测磁场的强度和方向,广泛应用于电子设备、汽车工业等领域。
而磁导航传感器则可以通过测量地球磁场来实现导航功能,被广泛应用于航空航天、船舶等领域。
总之,磁性传感器是一种能够检测和测量磁场的传感器,其工作原理主要包括
霍尔效应、磁致伸缩效应和磁电阻效应。
通过测量磁场的变化,磁性传感器可以实现各种功能,如导航、地震预警、磁场检测等。
在未来,随着科技的不断发展,磁性传感器的应用将会更加广泛,为人类生活带来更多的便利和创新。
磁电式传感器的发展与应用

磁电式传感器的应用与发展系别专业班级姓名学号完成时间磁电式传感器的应用与发展电子信息与电气工程系09级自动化专业(1)班姓名学号摘要:磁电式传感器利用电磁感应效应,霍尔效应,或磁阻效应等电磁现象,把被测物理量的变化转变为感应电动势的变化,实现速度,位移等参数测量。
按电磁转换机理的不同,磁电式传感器可分为磁电感应式传感器,霍尔式传感器,和磁阻效应传感器等,广泛用于建筑,工业等领域中振动,速度,加速度,转速,转角,磁场参数等的测量。
[1]关键词:磁电式传感器;应用;发展正文:一.基本原理根据电磁感应定律,N匝线圈在磁场中运动切割磁力线,线圈内产生感应电动势e。
e的大小与穿过线圈的磁通Φ变化率有关。
按工作原理不同,磁电感应式传感器可分为恒定磁通式和变磁通式,即动圈式传感器和磁阻式传感器。
恒定磁通式磁电感应式传感器按运动部件的不同可分为动圈式和动铁式。
1.1 恒磁通式磁电感应传感器结构中,工作气隙中的磁通恒定,感应电动势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割磁力线而产生。
这类结构有动圈式和动铁式两种,如图所示。
磁铁与线圈相对运动使线圈切割磁力线,产生与运动速度dx/dt成正比的感应电动势E,其大小为式中:N为线圈在工作气隙磁场中的匝数;B为工作气隙磁感应强度;l为每匝线圈平均长度。
1.2 变磁通式磁电感应传感器一般做成转速传感器,产生感应电动势的频率作为输出,而电动势的频率取决于磁通变化的频率。
变磁通式转速传感器的结构有开磁路和闭磁路两种。
变磁通式传感器对环境条件要求不高,能在-150~+90℃的温度下工作,不影响测量精度,也能在油、水雾、灰尘等条件下工作。
但它的工作频率下限较高,约为50Hz ,上限可达100kHz 。
二.磁电式传感器的应用2.1 磁电式速度传感器2.1.1 理论依据机组振动的大小可用振动参量如位移、速度和加速度等不同量值表征,目前测量机组轴承振动(瓦振)常用磁电式速度传感器。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
1988年,法国巴黎大学Fert教授领导的研究小组首先在Fe/Cr金属多层膜中发现巨磁电阻效应(Giant magneto resistance effect,简称GMR效应)以来,与电子自旋相关的研究成为新的研究热点,各种基于GMR效应的磁传感器的研究受到人们的普遍关注。
1991年,B.Dieny等人提出了“铁磁层/非磁隔离层/铁磁层/反铁磁层”的自旋阀结构,并首先在“NiFe/Cu/NiFe/FeMn”自旋阀中发现了一种低饱和场巨磁电阻效应,这种结构可以被广泛的应用于各种高灵敏度磁传感器和高密度存储技术中。
1994 年,美国的NVE 公司首先实现巨磁电阻(GMR)效应的产业化,并销售巨磁电阻磁场传感器。
1998年,美国的IBM 公司成功地把GMR 效应应用在计算机硬盘驱动器上,研制出巨磁电阻(GMR)磁头。
巨磁电阻(GMR)磁头的应用带动了计算机产业的迅速发展,打破了信息高速公路图像传递存储的瓶颈,目前存储密度已高达56GB/平方英寸。
世界GMR 磁头的市场总额每年400 亿美元。
更令人可喜的是,2001年美国的摩托罗拉公司宣布成功研制出GMR磁随机读取存储器,这种存储器将预示1 000 亿美元的市场容量。
随着人们对GMR 效应深入的研究和开发利用,一门以研究电子自旋作用为主同时开发相关特殊用途器件的新学科——自旋子学逐渐兴起起来。
美国自然科学基金会(NSF)提出:自旋子学科的发展及应用将预示着第四次工业革命的到来。
通过香山科学会议,我国制定了GMR 高技术研究开发计划,并把GMR 效应的研究及应用开发列为我国将要重点发展的七个领域之一。
由于技术和设备的限制,能生产GMR 传感器的公司非常少。
清华大学微电子所与深圳华夏磁电子公司合作生产的各种开关式应用传感器在验钞机、齿轮传感方面已经拥有一定的市场但是由于技术、资金及设备等诸多因素,GMR 的研究在国内还局限于实验室的水平。
巨磁电阻(GMR)传感器芯片由于其灵敏度高、热稳定性好而完全可取代霍尔及磁阻(AMR)元件,进而广泛应用在信息、电机、电子电力、能源管理、汽车、磁信息读写及工业自动控制等领域。
这些高灵敏度磁传感器大部分用于工业自动化和汽车工业中,包括角度传感器,位移传感器和无接触式转速传感器等。
这些GMR传感器具有鲁棒性高、可实现非接触式测量、能工作于恶劣环境等优点,它们在工业自动化和汽车工业中的地位越来越高。
1.巨磁电阻(GMR)传感器的应用1)GMR磁场传感器可用来导航及用于高速公路的车辆监控系统地球是一个大磁铁,地球表面的磁场大约为0.5Oe,地磁场平行地球表面并始终指向北方。
利用GMR薄膜可做成用来探测地磁场的高级罗盘。
当可以同时探测平面内磁场X和Y方向分量的GMR磁场传感器固定在交通工具上,瞬间航向与地球北极的夹角可通过GMR 传感器的X和Y方向的电压相对改变而确定下来。
图1显示这种传感器的具体工作原理。
图1 磁场传感器的导航原理GMR磁场传感器随轮船的方向改变而改变其和地磁场的夹角,相对来说,也可以等效为地磁场的方向在改变,已研制出能够探测磁场X和Y方向分量的集成GMR传感器。
此传感器可作为罗盘并应用在各种交通工具上作为导航装置。
美国的NVE公司已经把GMR传感器用在车辆的交通控制系统。
各种不同的车辆(物体)在外界都有其自身特征的磁场分布。
通过用GMR弱场传感器可探测各种车辆的磁场分布进而确定该车辆的型号。
利用GMR传感器不仅可探测静止车辆的状况进而用在交通灯处的交通控制和停车场处停车位置的监控,而且也可探测移动车辆的情况。
具体来说,放置在高速公路边的GMR传感器可以计算和区别通过传感器的车辆。
如果同时分开放置两个GMR传感器,还可以探测出通过车辆的速度和车辆的长度,当然GMR也可用在公路的收费亭,从而实现收费的自动控制。
另外高灵敏度和低磁场的传感器可以用在航空、航天及卫星通信技术上。
大家知道,在军事工业中随着吸波技术的发展,军事物件可以通过覆盖一层吸波材料而隐蔽,但是它们无论如何都会产生磁场,因此通过GMR磁场传感器可以把隐蔽的物体找出来。
当然,GMR磁场传感器可以应用在卫星上,用来探测地球表面上的物体和底下的矿藏分布。
2)GMR磁场传感器可来探测DC、AC电流众所周知,通电导线周围将产生磁场,其磁场的强弱与通电电流的大小成正比。
若将GMR磁场传感器及环形软磁集磁通器放置在通电导线附近,则由GMR传感器的输出电压可以测量导线中通过的电流。
利用反铁磁耦合的FeNi/FeCo/Cu的多层膜和集成的永磁薄膜作为偏场,并研制线性测量范围正负200Oe的惠斯通电桥传感器。
利用这种传感器可探测电流高达10000安培的直流和交流,GMR磁场传感器不仅可用来探测直流和交流而且还可保证上下级隔离。
随着半导体集成技术的发展,目前已把GMR薄膜传感器和集成线路板结合在一起,从而实现了小型化、集成化,提高了灵敏度和降低了成本。
另外电流探测原理,目前已经用作隔离器、开关电源和无刷直流电机系统。
隔离器主要是把高电压及高电流情况下的初级信号通过电压/频率转换并传给下一级,在下一级再通过频率/电压转换成为电压或电流信号,因此上下级而不相互干扰。
这种探测电流大小的隔离器已被葡萄牙的一家公司所采用。
至于开关电源,利用两次沉积自旋阀多层膜的办法,研制可探测微安级的交直流及探测磁场范围在正负20 Oe的GMR磁场传感器。
西班牙的一所大学成功地把这种传感器用在开关电源线路中作为反馈系统,可改善其频率输出特性高达1MHz。
用GMR传感器代替电机的摩擦整流子,那么就可以避免因电刷摩擦而带来的影响,而且还可以实现电机高速旋转及其调速和稳速的目的。
因此,它的稳定性和可靠性都非常高。
另外,这种无刷电机转矩-重量比较大,速度转矩特性的线性度比较好。
图2给出了测量电流的原理图。
图2 电流传感器的工作原理3)GMR传感器可用来测量微小的位移GMR磁场传感器来探测被测物体的位移的原理是通过利用一永磁铁作为参照物,参照物相对于磁传感器的运动可等效为磁敏器件在均匀梯度的磁场中的移动,因此磁场传感器的输出则反映着磁场传感器或永磁铁的位移量。
图3给出一圆柱磁钢及其周围的磁场分布。
图3 位移传感器的工作原理目前,已研制一种能同时探测X—Y方向位移的磁场传感器。
由于采用集成技术,可使该磁场传感器小型化,同时提高了精度。
这种传感器已成功运用在机器人及机械手的控制系统,并使其智能化和拿取、放置物体。
另外也使机器人具有识别物体的功能。
这种位移传感器也可用在电梯及相应的升降系统作为控制系统。
此外,可以用GMR位移传感器改造某些传统的工业仪表,扩大其应用范围。
例如,浮子流量计是一种得到广泛应用的非电量仪表,如果改用磁性浮子和外配一个GMR磁位移传感器,就能制成一个有电压输出的数字型位移传感器。
在汽车发动机中,为了实现电子点火,往往需要精密坚固的位移传感器来测量发动机主轴的准确转角,决定点火时间。
以前多用霍尔元件,现在完全可以用GMR替代,从而提高工作温度范围和降低磁场触发磁场的强度。
GMR位移传感器也可用在精密机床上来提高机械加工的精度。
活塞在气缸中的运动情况也可以通过GMR位移传感器给探测出来。
4)GMR角度位移及角速度传感器为了测量一物体的转动角度的大小,往往可以通过探测磁钢因转动而造成其磁场的方向相对于固定的GMR磁场传感器的改变,研制的可探测平面内磁场方向和大小的GMR磁场传感器来探测相对其转动的磁钢的转动角度。
当一块磁铁固定在转动轮子的边沿而GMR 磁场传感器固定在轮子的旁边并保持一定的距离时,参考磁铁随轮子而转动,每当轮子转动一圈,就会使产生一电压脉冲输出。
图4给出角速度传感器的原理图。
图4 角速度传感器的原理利用集成技术已研制出专用来测量角速度即转速的数字式自旋阀GMR磁传感器。
该磁敏传感器可探测各种情况下的角速度。
该类GMR磁场传感器可用在各种远程抄表系统,在这里包括了煤气、水、电表的数字式的处理。
随着自动化水平的提高,对于数字式的各种仪表的需求量越来越大。
辽宁万恒科技有限公司采用大量数字式GMR磁传感器应用在远程抄表系统。
在汽车(摩托)工业中,GMR磁场传感器可用在刹车系统(ABS),通过探测角速度进而起到制动作用。
不久我国将加入世贸组织(WTO),因此汽车(摩托车)的防爆刹车系统的研制和利用的确是势在必行。
至于电机马达行业,为了得到稳定转速的工作状态,转速的测量和控制需要用GMR传感器来测量角速度并通过反馈系统可得到稳定的角速度输出。
同时,GMR角速度传感器也可用在洗衣机行业。
随着机算机的存储密度的提高,对伺服系统的要求也在提高,对于磁盘转速的控制的精度也在提高,因此磁场角速度传感器将会应用在该领域。
另外,利用GMR薄膜材料可研制出各种用途的磁性编码器。
磁性编码器的优点在于不易受尘埃、结露、影响、对潮湿气体和污染不敏感,同时其结构简单紧凑,可高速运转,而且其响应速度快(纳秒级),体积比光学式编码器小,而成本更低,且易将多个元件精确地集成,比用光学元件和半导体霍尔磁敏元件更容易构成新功能器件和多功能器件。
由于磁性编码器具有上述诸多优点,因而近年来在高精度测量控制领域中的应用不断增加,其市场需求量每年以20-30%的速度增长。
在高速度、高精度、小型化、集成化及长寿命的要求下,在激烈的市场竞争中,磁性编码器以其突出特点而独具优势,成为发展高技术的关键。
6)GMR磁敏传感器在磁性介质的探测和在磁性油墨鉴伪点钞机中的应用GMR磁场传感器可以探测不同的磁性介质。
在这种应用中,磁性介质携带着要被探测的信息。
磁性介质是有非磁性的基体和磁性材料组成,磁性材料放置在基体内或基体的表面。
当携带着信息的磁性介质扫过GMR磁场传感器时,则特有的信息被探测出来。
传感器的输出依赖于磁性介质的性能、工作缝隙的距离和传感器的灵敏度。
目前主要用在磁性墨迹的识别、磁性编码的读出、细小磁性微粒的探测、介质磁性签字的鉴别。
7)GMR磁敏加速度传感器加速度传感器是通过测量被加速运动物体的惯性力来确定加速度的测量装置。
根据牛顿定律,被加速物体有一种惯性力,其大小等于它的质量和加速度的乘积,而其方向与加速度方向相反。
由于这种惯性力的存在,使被加速系统中悬挂的弹性片发生弯曲,其弯曲量可由GMR磁敏器件进行测量,从而得到系统的加速度。
2.GMR读出磁头在计算机信息存储中的应用由于利用了SPIN-VALVE GMR材料而研制的新一代硬盘读出磁头,已经把存储密度提高到目前(2000年)的560亿位/平方英寸,并且GMR磁头已占领磁头市场的百分之九十到九十五。
现在磁记录存储密度已超过所有的存储方式。
正是利用GMR材料,才使得存储密度在最近几年内每年的增长速度达到3—4倍。
随着低电阻高信号的TMR的获得,实现存储密度到1000亿位/平方英寸,将是近一两年的目标。