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最全面分析:3种磁传感器的特点

2020-09-08 17:34:33阅读量:1952

磁传感器是把磁场、电流、应力应变、温度、光等外界因素引起敏感元件磁性能变化转换成电信号,以这种方式来检测相应物理量的器件。

其被广泛用于现代工业和电子产品中以感应磁场强度来测量电流、位置、方向等物理参数。在现有技术中,有许多不同类型的传感器用于测量磁场和其他参数。


  


(1)霍尔电流传感器

霍尔效应(Hall effect)是指当固体导体(或者半导体)放置在一个磁场内,且有电流通过时,导体内的电荷载子受到洛伦兹力而偏向一边,继而产生电压(霍尔电压)的现象。

式中nq为电荷密度,d为导体的厚度。


Hall器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控制电流,当有一磁场B穿过该器件感磁面,则在输出端出现霍尔电势。  

通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此,电流传感器经过了电-磁-电的绝缘隔离转换。

  

霍尔电流传感器基本原理图


(2)磁通门电流传感器

磁通门电流传感器具有超高的测量精度和良好的温度稳定性。但是其容易受到激励源带来的外界磁场的干扰。Guillermo等人采用激励绕组差分的形式,从而减小激励源带来的外界磁场的干扰。由于变压器效应,高频激励源会耦合到反馈绕组中对传感器产生噪声干扰。为了降低内外部磁场造成的干扰,传感器可以使用额外的磁芯和额外的线圈。


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磁通门传感器基本原理


基本磁通门传感器,信号线圈在 P 端输出的电压信号如下:

  


(3)巨磁阻传感器

基于巨磁阻效应的传感器其感应材料主要有三层:即参考层(Reference Layer或Pinned Layer),普通层(Normal Layer)和自由层(Free Layer)。

GMR传感器基于巨磁电阻效应,即在外磁场的作用下传感器电阻会发生的变化。当磁场正向为零时,磁阻材料的电阻最大;在磁场正向或负向增大时,磁阻材料的电阻都减小。

从巨磁电阻GMR被发现以来,各应用已处于开发及实用化阶段,其首先在硬盘磁头上成功实现商品化,除直接测量磁场外,在电流、位移、线速度和加速度等物理量的测量也得到应用。

  

巨磁阻传感器结构


巨磁阻电流传感器具有广阔的应用前景。其与传统电磁式电流互感器相比,能够测量直流到高频(MHz量级)的电流信号,尤其是它能够测量直流电流,这对于直流输电系统中换流站中直流的监测极为有利。


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