磁性传感的用途及特性分析

正如我们在之前的TechZone文章（“接近感应选项，第1部分：电容式传感器”）中所述，工程师可以采用各种传感器技术 - 电容式，磁性式或光学式 - 来确定一个物体的接近程度。另一方面，技术的选择在很大程度上取决于应用的细节。在本文中，我们将使用不同类型的当前可用传感器及其典型用途的示例来检查磁技术及其优缺点。

磁传感器

磁传感器是一种能够以与变化或中断成比例的方式响应磁场变化或中断的设备。磁传感器的类型包括依赖于霍尔效应的磁传感器和基于磁阻（MR）效应的磁传感器。这两种传感器的主要功能区别在于霍尔效应传感器响应垂直于传感器场的场的变化，而MR传感器响应平行于传感器场的场变化（图1）。

图1：虽然霍尔效应（a）和磁阻（b）传感器都响应外部场，但每种类型的传感器都有其独特的优势。

由Edwin Hall于1879年发现，同名霍尔效应在半导体上产生电压差（霍尔电压），当磁场垂直于该电流时，恒定电流横向流动（图1a）。使用MR传感器时，当连接到恒压源的材料经受改变材料电阻的平行磁场时会产生电流差异，从而改变电流（图1b）。在这两种情况下，变化都与磁场的变化成比例。

MR传感器比霍尔传感器灵敏得多，最高可达两个数量级。并且霍尔传感器在磁极相对于传感器在某个方向上对准的情况下操作（例如，向北），而MR在极方向上是不可知的。然而，霍尔传感器具有基于硅的优点，这意味着它们可以与其他数字电子器件单片集成以进行滤波和补偿。两种类型的易读磁性传感器由许多不同的制造商生产，其产品可以在Digi-Key网站上找到，包括：ams，Bourns，Cherry，Littelfuse/Hamlin，霍尼韦尔传感与控制，Magnasphere，Murata，Spectra Symbol ，Standex-Meder Electronics和TT Electronics。

磁阻传感器

磁阻传感器的主要用途之一是精确，非接触式位移测量;医疗，运输和工业系统都以这种方式用于MR传感器。这种传感器的一个例子是霍尼韦尔传感与控制的APS00B。 APS00B高分辨率磁性角位传感器IC是一种用于角度或旋转位移的微型表面贴装设备，专为磁场，饱和磁场传感而设计。它产生的模拟输出电压随着通过IC表面的磁通量的方向而变化。

APS00B采用霍尼韦尔（中国）的各向异性磁阻（AMR）技术，该技术与基于霍尔效应的磁传感器相比具有一些优势。 AMR能够分辨十分之一度或十分之一毫米，能够承受磁铁与传感器间隙的巨大差异，并且对冲击和振动不敏感。该技术用于双饱和模式惠斯通电桥（图2），产生正交（正弦和余弦）信号，可提供高达180°的扩展角度测量范围。

图2：霍尼韦尔（中国）的APS00B磁阻传感器在桥接器中使用双传感器进行精确传感，分辨率优于10 mm。传感器（左侧）与仪表放大器和带有ADC的微处理器一起使用，在进一步处理之前将传感器的模拟输出转换为数字形式（由霍尼韦尔传感与控制部提供）。

霍尼韦尔（中国）为大批量OEM设计创建了传感器，这是一种经济高效且节省空间的解决方案;除了非接触式精密位置测量之外，潜在的应用包括位置传感和旋转速度和角度检测。表面贴装器件设计为通过自动焊料回流操作直接连接到PC板（PCB）的电气迹线;由于传感器不需要在电路板上钻孔，因此可能有助于降低PCB成本。

霍尔效应传感器

霍尔效应传感器最常见的应用之一是确定齿轮齿的接近程度。这已经应用于数控机床，测量传动速度，以及提供工业反馈控制。

这种类型的有趣设备是GS100102，它是Cherry的GS1001，1002系列的成员。坚固的齿轮齿传感器设计用于需要进行铁质边缘检测或接近零速度检测（无需加电识别）的应用。该器件的工作电压为5至24 VDC，最大电流为6 mA，上升时间仅为5μs。该传感器采用不锈钢外壳，耐ESD至4 kV（接触放电），工作温度范围为-40°C至125°C。正在检测其位置的目标应由低碳冷轧钢制成。性能受齿轮高度，宽度，厚度和齿间间隙等因素的影响（图3）。

图3：Cherry的GS100102设计用于接近零速的恶劣条件下。请注意，其电流吸收输出需要使用上拉电阻（由Cherry提供）。

另一种常用的霍尔效应传感器是叶片或槽探测器。在这种类型的装置中，霍尔效应传感器和磁铁彼此相对安装，在它们之间有一个槽，铁质材料可以通过该槽。当槽被铁材料（称为叶片）阻挡时，霍尔传感器看到的磁通密度降低，并且产生输出。

这种传感器的一个例子是Littelfuse/Hamlin的55085微型叶片霍尔效应传感器（图4）。在这个单元中，传感器和磁铁包含在一个外壳中，其中一个3针引出线与传感器成为一体。该传感器具有反向和过压保护以及内置温度补偿功能。

图4：Littelfuse/Hamlin的55085是一种叶片式霍尔效应传感器，内置磁铁，采用小型封装。如果需要抑制瞬态，可选择电容Cn靠近传感器放置，而Rpu是用于吸收输出的上拉电阻（由Littelfuse/Hamlin提供）。

该设备适用于位置和极限传感，轴旋转传感和安全系统等应用，具有多种优势，包括高开关速度（高达10 kHz）和长寿命（高达200亿次操作）。此外，它不受恶劣环境的影响，并且可以在静态或动态磁场中操作。它的优点是它的小尺寸;封装器件的占位面积为28 x 9 mm，高度为13.5 mm，不包括引脚。结果