首页 磁性传感器

磁性传感器

举报
开通vip

磁性传感器磁性传感器 1994年 诲蠢 电”I- 丑}岛磁牵,材舛合’金{第2期 0一磁性传感器 壑室堡 (吉林8272厂,13201]) 摘要 磁性传感器不仅广泛用于工业测控领域,而且还广泛用于机械电子 学,医疗电子学和信息技 术领域.”信息传感器”可以构成一个庞大的市场.尤其是新的高级磁 性传感器能与安全传感器,计 算机的数据输入系统和个人计算机组合使用.本文概述了磁性传感 器构成原理.评竹了做为传感 器材料的磁性材料.介绍了非晶磁性传感器. 一 ,前言 使用磁体的传感器(也叫磁性传感器或 ...

磁性传感器
磁性传感器 1994年 诲蠢 电”I- 丑}岛磁牵,材舛合’金{第2期 0一磁性传感器 壑室堡 (吉林8272厂,13201]) 摘要 磁性传感器不仅广泛用于工业测控领域,而且还广泛用于机械电子 学,医疗电子学和信息技 术领域.”信息传感器”可以构成一个庞大的市场.尤其是新的高级磁 性传感器能与安全传感器,计 算机的数据输入系统和个人计算机组合使用.本文概述了磁性传感 器构成原理.评竹了做为传感 器材料的磁性材料.介绍了非晶磁性传感器. 一 ,前言 使用磁体的传感器(也叫磁性传感器或 磁体传感器)其磁场检测灵敏度,可靠性(耐 冲击性,耐温变化,耐辐射)和寿命明显好于 采用半导体或电介体的传感器.广泛使用的 有感应式传感器,铁氧体温度传感器(铁氧体 感温开关).前者具有10Oe磁场检测分辨 能力.例如阿波罗 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 的月球磁性勘查;根据 地球磁场分布勘查石油矿脉}船体探测;磁探 伤;检测高炉中矿石分布及探测海底电缆等. 在出现磁场传感器,电流传感器,位移传 感器及压力传感器的同时,也出现了多种类 型的高级磁性传感器.它们有旋转编码器,转 矩传感器,导航传感器及生物信息传感器等 所谓的”信息化传感器”传感器的基本性能 取决于传感器材料及其形状特性;传感器功 能取决于包括传感器材料的电子电路及信号 处理技术. 二,磁体传感器 磁体主要有坡奠台金,非晶及铁氧体等 高导磁率磁体(块形及薄带),也包括完全退 磁的超导体,磁流体,巨大MR效应多层薄 带,超磁致伸缩材料及RE—TM光磁薄带 40 等这些材料的饱和磁通密度Bs,饱和磁化 强度Ms,矫顽力Hc,磁致伸缩系数s,各向 异性常数K,居里温度Tc,磁导率等是主 要的物理参数. 在传感器构成方面,最重要的是磁体物 理特性效应.这些磁效应基本上决定着传感 器的功能,如磁致伸缩效应,磁致伸缩负效 应,?E效应及巴克豪森效应. 非晶磁体的kMs值虽与亚晶质软磁体 大致相同,但Ku值(单轴磁性各向异性)是 后者的10,10,所以效应有显着的提高 此外,在结晶材料中,效应会衰减,而非晶磁 体不存在晶粒场,所以在整个材料中产生相 同的效应.为使这些磁效应用于传感器构成 中,一般情况下是采用退火等热处理方法使 之强化和稳定.此方法既能提高传感器灵敏 度还能降低传感器内部杂音和偏差 磁体与晶体管及Ic运算放大器等半导 体组合成磁场传感器,电流传感器,位移传感 器等所谓的基本传感器.这些传感器的电路 基本构成是差动电路,它可抵消共振杂波.另 一 种方法是根据需要制成负反馈电路,用来 实现敏感特性的线性化,温度变动稳定化,频 率特性宽带化,并可大大提高周期整流和信 号与杂音比(S/N). 高级传感器是由基本传感器(尤其磁场 传感器)和微小磁体,多极充磁体,磁通发生 1994年电工合金第2期 脉冲转发器组合后再与信号处理电路,微处 理机,CRT显示器构成传感器系统.旋转编 码器和转矩传感器用于机械电子领域中的高 度控制;安全传感器,心电图传感器,困意传 感器,VDT眼疲劳传感器等是与人类密切相 关的传感器,将它们称之为”信息化传感器” 三,对传感器磁体材料的评价 图I对坡奠合金,非晶,软磁铁氧体以及 超导体的块形磁铁从五个方面进行评价,传 感器的性能是由检测灵敏度,最高使用温度, 应答速度,耐冲击可靠性及尺寸的小型化等 所决定.传感器的性能是系统中的关键,所以 必须从以上五方面来评价材料.由图可看出, 非晶磁体(特别是非晶磁线)是比较好的材 料. 图1 兢冲击可靠性 作为传感器材料的非晶磁体有如下特 征: 1)在二维中形成极为相同的结构,在深 层中形成磁层结构,发挥出显着的磁效应. 2)最大抗拉强度达400kg/mm,是一种 高强度弹性体.即使直径20~30gm细线也 容易制成大画面的图形输入板.被覆线可直 接绕置在磁线上制成微小型线圈. 3)电阻率是坡奠合金的3—4倍,由于形 状微小,因此涡流损耗小,也能在MHz带励 磁即调制式磁性传感器其信号遮断频率达 几百千赫. 4)磁导率(特别是旋转磁化磁导率)高于 坡奠合金,旋转磁化范围内巴克豪森杂音小, 易制成磁场检测灵敏度高的(,10Oe)高 速响应式传感器. 5)采用不同材料成分能自由控制磁致伸 缩可控在一6,45×10范围.因XMs/Ku 很高,没有晶粒场,所以能制成微应力传感器 和利用磁致伸缩渡传播式的各种传感器. 另外,在使用非晶磁体时应注意以下几 点: 1)结晶温度虽在400,550?左右,但长 期使用有可能出现低温结晶.考虑到实用性, 尽量避免长时间在200?以上使用 2)铁系材料由于耐腐蚀性较差,一般情 况需要添加cr. 实用化的非晶磁体基本成分有,块形是 FeCoSiB,FeNiSiB}薄带中有FeCoZr,TbFe. Co,GdFeCo等. 四,非晶磁体传感器 非晶磁体作为传感器材料大体分为零磁 致伸缩材料(1l?10)和高级磁致伸缩材 料零磁致伸缩材料(Fec0siB)是一种电磁 性能稳定且耐蚀性,耐磨损性较好的高磁导 率材料.它首先应用于音响磁头,接着又扩大 到磁场传感器,电流传感器,位移传感器以及 高档次的信息化传感器位移传感器是接触 式,具有0.1/.tin的分辨能力. 高级磁致伸缩材料具有晶质磁体无法得 到的高灵敏度磁致伸缩效应和逆效应,曾做 过各种独特应用的试验,但由于生锈,时效性 4】 1994年电工合金第2期 较差所以实用化较慢.后来又开发出非晶磁 线,它具有很大的巴克豪森(磁性)效应,即使 在0.1Oe微弱的交流磁场下,也能引起尖锐 的电压脉冲.长约10cm的安全(防盗)传感 器已在美国实用化,现年产量达几千万件,是 传感器材料最多的一种.数据输入是用磁体 来控制非晶磁致伸缩细带的超声波强度.最 近的光传感器引人注目,它是非晶RE—TM 薄带利用光磁效应制成的. 4+1非昌磁线传感器 非晶磁线(直径约120bu,n)是采用喷水 超冷方法制造.其磁畴结构(a)为正磁致伸缩 线(FeSiB),外表层为迷路形磁畴花纹,推断 是表面垂直磁化闭磁畴结构.中间处的长度 方向具有各向异性单畴结构.(b)负磁致伸 缩线,外层磁化方向是圆周形,所看到的为 180磁畴图形.这种磁畴结构在超冷时,由于 先在外层固化从而产生压缩应力(半径拉 力).中间处磁性比外表层弱,根据形状各向 异性原理,在磁线的长度方向可引发出各向 异性.Fe;.B】s磁线(直径120gm)长度 10cm接到物品上,通过门电路励磁(60Hz) 检测其高频电压,逸就是在各种店铺中所设 置的防盗传感器系统.还有磁线径30pm,长 10ram的磁头同旋转磁体相组合而成的高灵 敏度,高速应答式脉冲型旋转速度传感器已 实用化.用磁畴传播速度一致性好的磁线做 成的l米长距离传感器也已问世. 4.2利用非晶磁线Matteucci效应的文字 圉形输人装置(数据输人) 负磁致伸缩非晶磁线外层具有圆周方向 易磁化轴.Matteucci效应是根据磁线圆周磁 通时间变化d啦/,it,在磁线两端引发电压 (eu)的现象.e由下式表示t d吼d‰. M2S.dr/,. 一—一一阳—一—百 42 式中m:圆周磁导率;So:圆周磁通截面 积;K.:圆周各向异性;M.:饱和磁化强度; Ho:圆周励磁场(FeCo.).SiBs(一一 0.1×10)材料的M:so/Ko值很高,但这种 材料的磁线若在拉力下进行加热处理的话, &/Ke值还会增高.磁线用交流电产生的琢 与e频率相同.在非晶磁线上垂直外加交流 磁场H也能产生d%/dt.此时的dT./dt在 H一 一 周期内变化二次,e为二倍频率电压, 将这种效应叫做垂直Matteucci效应. 用垂直效应组成的新式数据输入系统. 将直径50gm,长40cm的FeCoSiB磁线折成 20cm长,在x方向每隔5ram放40根,在Y 方向放40根,组成20cm×20cm小平面.励 磁笔由2ramX20ram软磁铁氧体绕上线圈 自身起振式回路所组成.起振频率为 140kHz,笔尖磁场强度约10Gs.非晶磁线的 偏流为5mA,在使用前用多路调制器调好后 再通电. 对于生物微小振动信息传感器及大电流 传感器不再详述. 五结束语 本文在论述磁性传感器构成原理,过程 及传感器材料的基础上,归纳了非晶磁体的 优越性.对于在工业计量中很多重要的磁性 传感器未做介绍.目前,汽车,工业用机器手, 电机控制及各种检测等机械电子领域中已开 始大量采用磁性传感器如果再进一步与个 人计算机和安全等所谓的”信息产业”相结 合,磁性元件将有一个飞跃的发展. 赵宝德编译自《日末庙用磁丸学畚谴}1992.Nol
本文档为【磁性传感器】,请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑, 图片更改请在作品中右键图片并更换,文字修改请直接点击文字进行修改,也可以新增和删除文档中的内容。
该文档来自用户分享,如有侵权行为请发邮件ishare@vip.sina.com联系网站客服,我们会及时删除。
[版权声明] 本站所有资料为用户分享产生,若发现您的权利被侵害,请联系客服邮件isharekefu@iask.cn,我们尽快处理。
本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用。
网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
下载需要: 免费 已有0 人下载
最新资料
资料动态
专题动态
is_180829
暂无简介~
格式:doc
大小:23KB
软件:Word
页数:9
分类:生活休闲
上传时间:2017-10-25
浏览量:35