磁传感器的两种应用——地磁传感器、磁性位置传感器

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磁传感器的应用十分广泛,已在国民经济、国防建设、科学技术、医疗卫生等领域都发挥着重要作用,成为现代传感器产业的一个主要分支。在传统产业应用和改造、资源探查及综合利用、环境保护、生物工程、交通智能化管制等各个方面,它们发挥着愈来愈重要的作用。

地磁传感器

在停车管理领域,可通过电子传感技术检测车辆的存在、流量和速度等基础交通参数,主要的传感器技术有:磁场传感、波频传感、光电传感、视频检测等高新电子传感技术。其中,地磁传感在国内是常见的车辆检测技术。

mini地磁

日前,澳门首批1000个地磁停车感应系统装置正在紧张安装中。这些地磁传感器装置安装在停车泊位上,计划于2019年9月上线投用。与国内常见地磁传感器相比,本次澳门采用的地感属于迷你型,直径只有3.3厘米。

像澳门一样,为缓解城市出行难、停车难问题,在很多城市的动态和静态交通监管系统中,地磁传感器被广泛应用。简单来说,地磁传感器的工作原理是,当一个铁磁性物体,也就是汽车,置身于磁场中,会使磁场产生扰动,数据收集仪器能测量出磁场强度的变化,从而对铁磁性物体的存在性进行判断。地磁传感器可用于检测车辆的存在和车型识别,便是利用车辆通过道路时对地球磁场的影响来完成车辆检测的。

地磁路面

总的来说,在这种智慧停车系统中,地磁传感器的优点包括安装、维修方便,对路面破坏小,维修时只需检查地磁传感器即可;检测点不易遭破坏,不受路面移动影响;利用地球磁场在铁磁物体通过时的变化来检测,不受气候影响;通过对灵敏度设置,可识别铁磁性物体大小,并大致判断出车辆类型;对非铁磁性物体没有反应,可有效地减少误检。

磁性位置传感器

磁传感器是电子工业的一项重要技术成就。而磁性位置传感器则是磁传感器的另一项应用

特别是在汽车和工业应用中,磁性传感器因为独特的抗灰尘、污垢、油脂、振动和湿度的能力受到重视,因为这些问题通常会使光学编码器(常用的非接触式位置传感器)失效。与光学编码器一样,业内最熟悉的测量线性或角位移的设备电位器,也因为机械磨损的原因,会过早失效。

与光学编码器和电位器相比,磁性位置传感系统更加耐用,无论工作环境多么肮脏、潮湿或不稳定,磁性传感器运行都很可靠。而一些汽车和工业系统设计师经常设计用于强大磁场源的环境的系统,例如电机驱动和高压输电线路,所以他们对磁性位置传感器的要求很苛刻。因而磁性位置传感器有一个问题一直萦绕在他们的脑海中。

他们担心,这些系统产生的磁场,比如汽车车身或风力涡轮机的封闭空间里,系统产生的磁场将淹没目标传感器产生的弱磁场。

这种担心是不无道理的。磁性位置传感器对配对的目标磁场灵敏,对非预期的杂散磁场也敏感,杂散磁场会将设备内的信噪比(SNR)降低到不可接受的水平,从而影响磁性位置传感器输出的准确性。如果不解决杂散场的问题,传感器子系统可能产生不准确的结果,从而导致系统性能和安全问题。

杂散场是工业和汽车应用中受到特别关注的问题,在这些应用中经常发现高水平的电磁干扰(EMI),随着汽车电气化程度的提高,电磁干扰问题越来越令从业者担忧,尤其是在汽车前部和后部之间有大电流载电线的电动汽车。

防止杂散磁场对磁性位置传感器产生负面影响的传统解决方案

历史上,设计工程师在高电磁干扰环境下工作并实现磁传感器解决方案时,使用了许多对策来防止磁性传感器集成电路的性能下降。

磁屏蔽

一种常见的解决方案是在磁性传感器周围添加磁屏蔽,从而防止任何杂散磁场干扰传感器的性能。然而,磁屏蔽技术是昂贵的,并且需要更大的空间,增加了传感器子系统的尺寸和成本。

磁屏蔽的另一个潜在缺点是,除了将杂散磁场从磁传感器分流之外,屏蔽还可能分流传感器应该测量的目标磁场。并且,屏蔽本身可能随着时间的推移而磁化,其性能可能随温度而变化。     

因此,为了找到有效的屏蔽解决方案,需要大量的测试,通常通过多次磁屏蔽设计迭代来解决。这需要时间和精力,也增加了传感器子系统的开发成本。

更强的磁铁或改变位置

另外两种解决方案通常用于对抗杂散场对磁位置传感器的影响,包括使用更强的磁铁或将磁铁离磁性传感器更近。这两种解决方案都增加了成本。

具有更高剩磁或更强磁场的磁铁,会将传感器的成本推高到不可接受的水平。而另一个解决方案缩小磁铁和传感器之间的距离,这往往也会增加成本,因为这种方案需要更精确的偏差。

集成磁性位置传感器IC电路

解决杂散磁场问题最有效的方法是将IC电路集成到磁性位置传感器中,使器件对任何杂散磁场都具有抵抗力。

例如,在AMS中,磁性位置传感器基于两个独特的基本结构设计的,这两个特性可以防止磁场干扰它们的性能。首先,磁性位置传感器只测量目标磁场(垂直于传感器IC表面的磁场)的Z磁场分量,当测量目标磁场时,所有X和Y方向的磁场即IC表面的磁场都被完全忽略。其次,AMS磁性位置传感器实现了一个微分数学运算,可以抵消Z方向上的任何均匀磁场杂散。

这两个重要的设计特点使得磁位置传感器完全不受任何方向的杂散磁场的影响。通过使用上述两种特性,即使在最嘈杂的电磁干扰环境中,如那些常见的汽车和工业应用中,磁性位置传感器都将提供高精度得测量。

 

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