磁传感器是一种能检测磁体的强度和方向以及电流产生的磁场或地磁场的传感器。磁场存在于我们周围,但我们可以我们用肉眼看不到它,但是在磁传感器的帮助下,我们可以探测到它。虽然都叫磁传感器,其实包含很多种。
下面,我们介绍几种有代表性的磁传感器及其各自的特点。
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线圈是众多磁传感器中最简单的一种磁传感器。线圈可以检测磁通量的变化。
如图1所示,当磁铁靠近线圈时,线圈中的磁通量B增加。因此,在阻碍线圈磁通量增加的方向上产生类似磁通量的感应电动势/感应电流。相反,当磁体远离线圈时,因为线圈中的磁通量减少,所以线圈在增加磁通量的方向上产生感应电动势/感应电流。然而,当磁体保持静止时,因为磁通量不变,所以不会产生感应电动势/感应电流。
由于结构简单,线圈不易损坏。但是,由于线圈的输出电压取决于磁通量的变化速度,所以线圈不能用于检测磁通量的缓慢变化或判断是否有固定磁体。
簧片开关
它是一种传感器,将左右金属片(簧片)折叠起来,用一个短间隙隔开,密封在一个玻璃管中。当有外部磁场靠近时,管中的两个簧片被磁化并相互吸引,簧片会被吸引在一起,从而使节点连接的电路相连。
霍尔元件
霍尔元素采用霍尔效应,英文拼写为Hall。霍尔的起源来自于发现霍尔效应的霍尔博士的名字。霍尔效应是指当在电流的流动方向施加垂直于电流的磁场时,会在垂直于电流和磁感应线的方向产生电位差的现象。
当电流通过半导体薄膜时,根据霍尔效应,将产生对应于磁通密度及其方向的电压。这种基于霍尔效应检测磁场的元件称为霍尔元件。(N型半导体霍尔元件的原理图如图3所示)
即使在磁通量没有变化的静态磁场中,霍尔元件也可以检测其存在或不存在,因此霍尔元件用于许多应用中,例如非接触开关、角度传感器、电流传感器等。与磁铁相匹配。利用霍尔元件的地磁传感器广泛应用于智能手机等领域。
磁阻元件
磁阻元件是一种在外磁场作用下能改变自身电阻的材料。
磁电阻元件有四种,除了半导体磁电阻元件(SMR元件),还包括各向异性磁电阻、巨磁电阻和铁磁薄膜产生的隧道磁电阻。
另一方面,霍尔元件是测量洛伦兹力产生的电动势的传感器,半导体磁阻元件是利用洛伦兹力产生电阻变化的传感器。
磁性传感器应用
磁传感技术在机器人和工厂自动化方面具有明显的优势。由于磁传感器在检测零件的位置和速度方面具有较高的可靠性和精度,因此对于运动控制非常重要。这种优势也使机器人手臂和其他部件能够平稳准确地移动,从而确保高质量和高安全性的制造过程。
除了汽车,磁传感器还广泛用于洗衣机和微波炉等家用电器,以检测机器的门是关闭还是打开。磁传感器也广泛用于医疗设备。比如应用在助听器上,它可以检测佩戴者是否有手机,然后切换到相应的模式,帮助佩戴者更清晰地听到来电。此外,它还经常用于电梯中的楼层检测以及平板电脑或手机等手持设备是打开还是关闭。
磁性传感器具有多种功能,但需要特别指出的是,具有两种功能的传感器可以广泛集成到其他电路中,即霍尔效应传感器和磁通门传感器。
霍尔效应传感器能在各种电磁环境下可靠工作,深受厂家推崇和喜爱。常见的应用包括油量表,主要用于检测油箱中的浮子。同时,它也可以用在无刷电机中,检测转子位置和计时电流。当磁传感器与其他电路集成时,制造过程不需要特殊材料或特殊处理,有助于降低设计成本。
与霍尔效应传感器相比,磁通门传感器更加灵敏,它可以检测到磁场中非常细微的变化。磁通门传感器的常用应用包括船舶和飞机的电子罗盘以及地质学家用来探测地下结构的仪器。
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