磁阻传感器范文（精选6篇）
磁阻传感器 第1篇
俄科学院乌拉尔分院金属物理研究所开发了具有巨磁阻效应的纳米级厚度铁磁层和非磁层交替的金属外延纳米结构合成技术, 其相邻铁磁层的可控非共线磁序保证了巨磁阻效应和线性磁阻的宽范围磁场。
金属物理研究所与叶卡捷琳堡市的《Автоматики》科研生产联合体利用该所的专利技术共同生产了宽频带磁传感器, 具有室温下巨磁阻磁电阻值达到20%以上及线性磁阻磁场可达40кЭ的特点。使用这种高灵敏度磁传感器, 可使无损伤测试装置、转速计、磁力计等的测量精度得到大大提高。
磁阻传感器 第2篇
俄科学院乌拉尔分院金属物理研究所开发了具有巨磁阻效应的纳米级厚度铁磁层和非磁层交替的金属外延纳米结构合成技术, 其相邻铁磁层的可控非共线磁序保证了巨磁阻效应和线性磁阻的宽范围磁场。
金属物理研究所与叶卡捷琳堡市的《Автоматики》科研生产联合体利用该所的专利技术共同生产了宽频带磁传感器, 具有室温下巨磁阻磁电阻值达到20%以上及线性磁阻磁场可达40кЭ的特点。使用这种高灵敏度磁传感器, 可使无损伤测试装置、转速计、磁力计等的测量精度得到大大提高。
磁阻传感器 第3篇
关键词：巨磁阻抗,交通信息系统,汽车,磁场传感器
随着技术的不断发展, 基于磁阻效应 (MR) 和磁阻抗效应 (MI) 的磁场传感器在尺寸和功耗方面取得了长足的进步, 和线圈传感器、磁通门或者霍尔传感器等相比, 能够在满足高灵敏度的同时实现器件的小型化和较低的能量消耗。这类传感器在磁场变化的时候, 其电阻或阻抗会发生极大的变化, 已经在很多方面得到了大量的应用。诸如硬盘的读写和无损探伤等方面[1,2,3,4]。在室温的环境当中其灵敏度可以达到n T的量级。
在中国, 汽车的数量从1978年的120万辆猛增到2014年的1.5亿辆。而与此相对的, 中国公路总里程从1978年的89万公里增加到2013年的424万公里。在这期间, 汽车的保有数量增加到原来的近125倍, 而公路总里程数只增加了不到5倍。为了缓解交通的压力就需要强化对道路交通的管理, 也就是要对交通流量进行控制和引导。一切的交通控制方案都是建立在对实时交通数据的获取和分析的基础上的。有很多汽车探测技术被用来测量汽车的位置、数量和速度等信息, 这些技术常常有一些不足之处, 比如只能在天气和光线较好的环境下工作, 或者有比较高昂的安装和维持成本等。所以我们的研发基于磁阻抗效应 (MR) 的探测器, 以探测汽车的位置信息, 从而构成更有效和安全的交通控制系统。
从本质上来说, 巨磁阻抗效应 (GMI) 是一种铁磁性物质中的交流效应。当一种软磁性的材料被一个交流信号驱动的时候, 我们会观察到其交流阻抗的巨大变化, 当外界磁场发生变化的时候, 其磁阻抗值是外加磁场的函数, 所以我们可以利用这种现象来研发基于巨磁阻抗效应的磁性传感器来测量磁场。自1994年Mohri等人研发基于GMI效应的磁场传感器以来, 各种非晶丝、薄膜或者粉末都被用来作为GMI传感器的敏感元件, 从那以后GMI传感器就被应用到各种实用领域。
和传统磁性传感器相比, GMI传感器在测量范围和响应速度上有很多优势。GMI效应传感器的最高分辨率可以达到1.7×10-12T[5], 这比磁通门传感器高了整整20倍, 而其元件尺寸最小可以达到1mm, 这只有磁通门传感器的1/20。时至今日, GMI传感器有了广泛的实际应用, 例如目标探测和过程管理、空间研究和太空应用、电子罗盘和汽车应用、高密度数据存储、交通控制、无损探伤和生物学探测。这些应用可以被归类为两种类型, 就是线性应用和开关型应用, 这些应用在我们的日常生活和生产中扮演了越来越重要的角色。
1 传感器的结构和性能
按照驱动和信号拾取方式的不同, 巨磁阻抗传感器可以有4种不同的构成形式。
在本文中, 我们采用非对角方式来构成巨磁阻抗传感器。传感器的构成如图1所示, 圆柱型的敏感元件由钴基材料构成, 半径1.5 mm, 长5mm。在非对角方式下, 驱动电流通过圆柱型材料本身, 而传感器信号是从绕在材料外的线圈中取得的。
下一步, 一种基于这种GMI模式的探测器被研发出来。探测器的照片和系统图如图2。既然GMI敏感元件是工作在交流条件下, 而其本身也不是一个纯电阻元件, 所以首先要建立一个有较强驱动能力的驱动系统, 驱动信号是一个正弦信号, 其幅值和频率可以自由调节, 以便探测器工作在最佳的工作状态。GMI传感器的输出信号也是一个交流信号, 当外磁场变化的时候, 不但其幅值会发生变化, 其相位也会发生变化。因此, 一个相敏检波器被用来检测这些变化, 最终探测器的输出信号是一个和外磁场成正比的直流信号。传感器的主要噪声源是白噪声, 我们采用一个低通滤波器来过滤信号, 滤波器的截止频率设定在45Hz, 这样可以过滤市电带来的50Hz干扰信号。
磁场探测器的性能可以在实验室环境下测试。在可以检测的多项参数当中, 量程、灵敏度和分辨率是一个探测器比较重要的参数。经过测试探测器的满量程是±80μT, 灵敏度是3.9×104V/T, 如图3所示。探测器的分辨率极限是和其噪声水平有关的重要参数, 为了测试传感器的分辨率, 传感器的探头被装到一个螺线管中, 螺线管长10cm, 直径1.5cm, 电阻12Ω, 将螺线管和10MΩ的电阻相连, 使用 (HP 33120A) 函数信号发生器产生一个10Hz的信号通到螺线管中。探测器的输出信号连接到Stanford SR780双通道频谱仪中, 一个典型的输出频谱信号如图4所示。在50Hz的地方可以看到一个信号, 这是市电造成的工频干扰。在10Hz的地方可以看到一个显著的信号, 该信号对应螺线管产生的磁场信号为0.1n T。对探测器的功耗进行测量, GMI元件的功耗是10MW, 整个系统的功耗是0.18W。
2 汽车测量
在实验室中对探测器的性能进行测试后, 使用该探测器对汽车进行测量。主要的探测方案在本文中可以做如下概括:铁磁性的目标 (如带铁磁性部件的汽车、飞机、火车等) 周围产生了一个磁场分布, 而该磁场分布对地磁场的分布产生了一个扰动的结果。对该扰动进行测量就可以对目标进行测量。探测器直接安放在地上, 输出信号采用NI DAQpad-6015数据采集卡进行采集, 然后送入到处理终端。一辆Opel Zafira MPV作为我们的测量目标, 传感器至汽车行进路线的垂直距离从0.5m变化到2.5m。经过反复多次的测量可以发现, Zafira的磁场信号被很清楚的测到, 无论传感器的敏感方向是垂直还是平行汽车行进的方向。在这种条件下, 汽车的运动信号被捕捉到, 说明在此范围内Zafira可以被探测器探测到。典型的Zafira0.5m、1m、2.5m运动信号图如图5所示。
3 结论
一种基于巨磁阻抗效应的传感器被设计和研制, 对其主要参数, 如灵敏度、分辨率、量程进行了测量。利用这种传感器对运动中的汽车进行了测量, 并得到了汽车的移动曲线。这种传感器有很高的灵敏度、较小的尺寸和很低的功耗, 可以被应用在交通管理和其他的应用场合中。这种探测器的优点在于其是完全独立的 (不需要在汽车上安装配合的装置) 和其是完全被动式的 (不主动发射任何信号而干扰到其他系统) 及相对较低的生产成本和维持成本。这种探测器的体积足够小, 可以被安装在结构内部, 从而避免天气、温度、地形的影响。使用这种探测器可以在其他方式不能使用的情况下测量汽车的运动, 如果在一定距离内布置2个以上的探测器, 那么不光位置, 速度信息也可以被测量到, 这种探测器可以应用在多种场合, 如公路、停车场、铁路、机场等。
参考文献
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磁阻传感器 第4篇
1 2S S 52M开关磁阻传感器的简介
该传感器具有先进电路设计, 包括带稳压器的电路, 供电电压范围宽, 可在3、8-30VDC工作。高灵敏感应距离使探测可以延伸至1英寸或更远, 输出以数字电流沉输出的形式, 这使它与其他传感器与众不同。全极感应形式能工作在南磁极或北磁极。反应速度在0-100KHz以上, 完全能满足测速的要求。工作温度范围在-40至150℃, 允许工作在极端温度环境下, 这在我国温度较低的北方将有巨大的应用潜力。
霍尼韦尔的2SS52M系列磁阻位置传感器是最新的为低高斯磁传感应用设计的芯片, 要使2SS52M传感器的灵敏度达到最大必须满足三个主要应用特性:首先传感器与磁场应在同一平面上对准, 图1左所示为获得最大灵敏度时的所在位置, 工作在南极或北极都能产生相同的结果, 其次:传感器与磁化强度间的空隙必须减至最小, 磁阻电桥位于2SS52M系列组合件的上死点附近以提高灵敏度, 通过将空隙减至最小使传感器的高斯值得以提高, 第三:施加在传感器上的磁场强度应为最大磁场在正确对准后工作其方位和强度将影响传感器灵敏度。图1右所示为传感器由于工作模式不同, 而在一个滑动触头上使用时获得最大灵敏度的位置, 当传感器无论靠近哪个磁极时磁场都会改变方向使灵敏度降低, 这将随各种使用中传感器方位和磁铁类型的不同而有所变化。
2 测速工作原理
将磁片粘贴于电机连动轴的一周, 按磁片数目与轴的周长计算间距, 均匀粘贴。要提高测量精度, 应适当增加电机旋转一周时所产生的脉冲数, 即增加黏贴的磁片个数。或者可在轴的圆周上等角度均匀增加探测磁传感器的个数以增加探测脉冲个数, 但传感器价格比磁片贵很多, 这样将增加电路成本, 在当今消费者讲究物美价廉的消费观念而言, 相对于便宜的磁片来说应用性将更广泛。这里采用4磁片的方法。
车辆电机启动后, 传感器对转动的电机进行感应, 将感应到的脉冲采样信号经处理电路处理后将标准的+5V电压脉冲信号输入到单片机管脚, 单片机的定时/计数器T1工作于计数器方式, 累计脉冲的个数, 根据一段时间内的脉冲个数和车轮的大小, 就可以由单片机计算出运行的速度和公里数, 并驱动显示器进行相应显示。时间的确定则由另一个定时/计数器T0来实现。然后将处理的数据传给译码器驱动六位LED数码显示管工作。
3 电路介绍
3.1 转速检测处理电路
根据传感器探测特点设计了图3电路, 由于传感器是数字电流沉输出, 即当探测到磁场时可以让电流流向传感器, 这样通过NPN型的三极管和适当的电阻选择, 可以让三极管工作于饱和状态, 当三极管饱和时, 输出端相当于输出Vce间电压, 即低电平, 当工作于断开时, 相当于输出端与电源端串联, 输出高电平。这与传感器无信号输入和有信号输入是相对应的:即当有信号时, 输出高电平, 无信号输出时输出低电平。当轴转动时就相当于输出了矩形脉冲波, 为了得到单片机工作的标准输入信号, 在该电路输出端OUT再加一LM311比较器处理电路, 使输出电压为+5V和0V的标准矩形脉冲以便于单片机计算处理。
3.2 显示电路
测速里程系统选用8051单片机为核心, 外接8279芯片用于7段共阴极LED数码显示管的段码的显示控制, 同时用一片74LS138译码器接8279的RL0—RL2用于对数码显示管的位扫描控制, 译码器的8位输出口使用其中的Y0—Y5作为6位数码管的位选控制输出端, 输出低电平有效控制显示位的显示。如图4所示, 通过74LS373系统扩展了一片8K*8的EEPROM2864A作为外部存储器储存速度和里程数据, 其中74LS373的G端接8051的ALE端。8051的RD接2864的OE端, WR接WE, 他们都是低电平有效。8051的P1.4可用于接蜂鸣器, 当车速超过车辆限定车速时报警以提醒驾驶者当前速度已超过设定上限速度。P3.5接传感器电路输送过来的信号, A8—A12依次接8051的P2.0—P2.4接口, RST连接了单片机复位电路开关, 手按开关即可以复位。按键功能设有5个功能键, 智能键开启限速控制, 超过即驱动蜂鸣器报警, 增键是增加限定速度值, 减键相反。速度键是显示速度, 里程键是显示总里程。还有一些接口没有画出, 在此就不做一一介绍了。
4 结束语
本论述创新的提出用2SS52M作探测传感器来探测连接电机的转轴完成对速度和里程的测量, 该传感器探测系统测量灵敏度高, 能工作于-40度低温的恶劣环境。用于里程表设计时可以限速报警, 里程和速度显示, 外扩的一片EEPROM, 可以实现电断而数据不掉的储存功能。该测速里程表可以应用于汽车、摩托车、电动车等交通工具中。通过程序再开发在其他有电机或轴转动的地方也可以得到广泛的应用, 潜力巨大。
参考文献
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磁阻传感器 第5篇
开关磁阻电动机 (Switched Reluctance Motor, SRM) 利用磁阻最小原理工作, 具有结构简单、控制灵活、可靠性高等优点, 目前已广泛应用于机车牵引、绞车提升、电动汽车等诸多领域[1,2]。获得准确的转子位置信息是SRM可靠运行和高性能控制的前提, 通常采用位置传感器来检测转子位置。然而转子位置传感器的存在使得SRM可靠性降低、复杂度提高, 不利于在潮湿、振动、多尘等恶劣条件下应用。
目前, 国内外研究人员提出了多种无位置传感器控制技术来获取转子位置。简化磁链电流法[3,4]需建立三维表格, 实时计算磁链和采样电流并通过查表得到转子位置角度, 但三维表格占用内存大、计算耗时长、可移植性较差。脉冲注入法[5]通过对非工作相注入一定频率的脉冲来估算SRM的转子位置角度, 但仅适用于低速范围。神经网络法[6,7]通过选择合适的神经网络模型进行训练, 建立准确反映磁链、相电流、转子位置角度三者之间非线性关系的映射, 从而最终实现SRM转子位置估计, 然而神经网络易陷入局部极值, 同时其对处理器运算速度要求高, 实时性难以保证。
本文提出了一种基于全周期电感空间矢量的SRM无位置传感器控制方法。该方法间接消除了反电动势与绕组电阻压降的影响, 能够有效提高SRM电感辨识精度, 进而提高转子位置估计准确度, 同时算法计算量较小, 满足实时控制要求, 易于工程实现。以一台三相12/8极15kW的SRM为研究对象, 仿真和实验结果验证了该方法的可行性。
1 SRM全周期电感模型
SRM功率变换器采用三相不对称半桥拓扑结构, 其电流斩波控制具有能量非回馈式电流斩波 (Non-Energy Returnable Current Chop, NERCC) 和能量回馈式电流斩波 (Energy Returnable Current Chop, ERCC) 2种开关模式[1]。本文控制策略采用ERCC开关模式, 即桥臂上下开关管同时导通或同时关断。
相电感包含转子的位置信息, 是SRM转子位置估算的基础[4]。采用ERCC开关模式 (即每一时刻只有一相处在斩波状态) 时, 可忽略相间互感。当开关管导通时, 电压方程为
当开关管关断时, 电流通过二极管续流, 电压方程为
式中:Udc为直流母线电压;R为绕组电阻;i为相电流;θ为SRM的转子位置角度 (机械角度) ;L (θ) 为相电感;t为SRM的定子相绕组励磁时间;di/dt|on和di/dt|off分别为相电流的上升斜率和下降斜率。
在开关管导通模式或开关管关断模式下, i和L (θ) 变化很小, L (θ) /θ基本不变, 因此, 式 (1) 减去式 (2) 可得
式中:Δk=di/dt|on-di/dt|off为电流斜率差。
由式 (3) 可知相电感只与直流母线电压和电流斜率差有关, 式 (1) 减去式 (2) 间接消除了反电动势和绕组电阻压降的影响, 有效提高了SRM电感辨识精度。
SRM每一相都分为导通区间和非导通区间, 为了获得全周期内转子位置角度信息, 需要同时考虑2个区间电感的获取方法。电动机启动时各相同时注入激励脉冲, 电动机运行时在非导通区间注入激励脉冲, 在导通区间采用ERCC控制。通过数字滤波得到电流斜率差的包络线, 最后通过式 (3) 计算出三相电感。全周期电感模型建模原理如图1所示。
2 全周期电感空间矢量法
定义三相12/8极SRM的定子与转子对齐位置的角度为22.5°, 定子与转子不对齐位置的角度为0°, 相邻电感相位差为15°, 则SRM三相电感La, Lb, Lc波形如图2所示。
由图2可知, 相电感可看成三角函数叠加一个直流偏量, 定义电感空间矢量旋转角度为
式中:Nr为转子极数。
利用傅里叶级数对相电感表达式进行展开[8,9], 则相电感二阶傅里叶级数展开式为
式中:k0, k1, k2为待定系数, 可通过定、转子对齐位置、中间位置和不对齐位置的电感-电流曲线拟合求得。
由于相绕组在空间上互差120°电角度, 三相电感可看作相位互差120°的空间矢量[10], 如图3所示。
合成的电感空间矢量为
式中:θelec为转子位置电角度。
电感空间矢量L通过正交分解可得到α轴分量Lα和β轴分量Lβ:
图3中以La作为基准电感, 假设La达到最大值时, 电感空间矢量L和La方向相同, 即当θ0=0°时La达到最大值, 电角度θelec=π, 因此θ0和θelec的关系可表示为
又因为 , 故实际转子位置角度为
由式 (4) —式 (10) 及图3, 可得电感空间矢量旋转角度为
arctan函数的值域为 (-π/2, π/2) , 故得出θ∈ (11.25°, 33.75°) , 因此以一相电感作为参考值估算得到的转子位置值域有限。本文采用atan2函数计算全周期转子位置, 其取值范围为 (-π, π) 。
3 仿真与实验分析
为验证本文控制方法的有效性, 以一台三相12/8极15kW的SRM为研究对象进行仿真和实验。电动机参数:额定电压为514 V, 额定转速为1 000r/min, 调速范围为50~1 000r/min。启动过程中转子实际位置与估计位置仿真波形如图4所示, 转子位置最大估计误差为0.8°, 满足启动要求。
将SRM三相电感假设为正弦量电感, 采用全周期电感空间矢量法估算转子位置, 然而电感实际是直流偏量和三角函数的叠加, 含有一些谐波分量, 并不是理想的正弦函数, 因此全周期电感空间矢量法必定存在一定的计算误差。图5为不同电流下转子位置估计误差曲线。可知当定子相电流为10A时, 转子位置估计误差最大值为0.5°;随着定子相电流的增加, 当定子相电流为40A时, 转子位置估计误差最大值为0.15°。总体均满足SRM无位置传感器控制精度的要求。
电动机正常运行时对非导通区间注入脉冲, 导通区间采用ERCC控制, 如图6 (a) 所示, 非导通区间在注入脉冲后的响应电流较小, 而导通区间进行电流斩波控制的电流幅值为18A左右。根据全周期电感模型原理, 对A相电流ia采样计算A相电流斜率差Δka, 如图6 (b) 所示, 电流斜率差在0~1之间变化。经过滤波处理后计算出A相等效电感如图6 (c) 所示, 可知SRM的全周期电感辨识较准确。
SRM全周期电感获取和转子位置估计的实验波形如图7所示, 图中横向每格表示时间为10ms, 纵向每格表示电流为10A, 电感为0.1 H, 角度为25°。由图7可知, 电感的最大值为0.1 H, 全周期电感计算准确;转子实际位置角度与估计位置角度θ^稳态误差小于0.5°, 转子位置估计准确。
4 结语
介绍了SRM全周期电感模型建模原理, 提出了全周期电感空间矢量法用于估计SRM转子位置。仿真与实验结果表明, 该方法可准确计算SRM的全周期电感, 转子位置估计误差满足SRM无位置传感器控制精度要求。
摘要：针对转子位置传感器导致开关磁阻电动机可靠性降低、复杂度增加等问题, 提出了一种基于全周期电感空间矢量的开关磁阻电动机无位置传感器控制方法。电动机启动时各相同时注入激励脉冲, 电动机运行时非导通相注入激励脉冲, 导通相采用能量回馈式电流斩波控制, 通过计算电流斜率差来辨识全周期电感;利用全周期电感空间矢量与角度关系估计转子位置。仿真和实验结果表明, 电动机在启动和稳态运行时的转子位置最大估计误差分别为0.8°和0.5°, 满足开关磁阻电动机无位置传感器控制精度要求。
关键词：开关磁阻电动机,无位置传感器控制,全周期电感,电感空间矢量,转子位置估计
参考文献
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磁阻传感器 第6篇
纳安级的超低功耗, 使得蓄电池驱动设备能在极低能耗下运行
固态、非接触设计, 提供可靠、耐久的磁簧开关替代产品
上海2014年5月27日电/--传感器领域的领导厂商霍尼韦尔日前宣布, 在业内率先发布超低功耗磁阻传感器集成电路。这些传感器能耗极低, 仅为360 n A, 却能提供最高等级的磁灵敏度 (典型应用低至7高斯) , 相较于其它广泛应用的磁技术, 新引入的传感器能为设计工程师带来许多优势。
新型纳安系列磁阻传感器集成电路的灵敏度及成本与磁簧开关相同, 但外形更小巧、运行更持久、性能更可靠, 十分适合蓄电池驱动装置。在此之前, 因为低能耗要求及高气隙需求, 人们只能选择磁簧开关。
相较于霍尔效应传感器, 新型纳安系列磁阻传感器集成电路具有更高的灵敏度, 其探测气隙距离的能力是霍尔效应传感器的2倍。更高的灵敏度不仅能提升设计灵活性, 还能通过使用更小或更低强度的磁铁来减少应用成本。
纳安系列磁阻传感器集成电路专为多种蓄电池驱动装置而设计, 包括水表、煤气表、电表、工业烟雾警报器、健身设备、安防系统、手持式计算机、扫描仪、大型家用电器 (如洗碗机、微波炉、洗衣机、冰箱和咖啡机) 、医疗设备 (如病床、药物分发柜和输液泵) 以及消费性电子产品 (如笔记本电脑、平板电脑和无线扬声器) 。
霍尼韦尔传感与控制部亚太区战略市场总监王亮表示:“一方面, 由于稀土磁铁价格的大幅上涨, 原使用霍尔效应传感器的设计工程师们正通过减少使用磁性材料或改用更普通的磁铁积极寻找降低总成本的方法;另一方面, 为了缩减尺寸、提升质量和持久性, 同时最大化电池使用寿命, 设计工程师们不断探索替代磁簧开关的方法。霍尼韦尔新型纳安系列磁阻传感器集成电路应时而生, 具备灵敏度高、功耗低等诸多特性, 十分适合蓄电池驱动装置。”
霍尼韦尔传感器纳系列有两种磁灵敏度:
超高灵敏度SM351LT:典型应用为7 Gauss, 最高为10 Gauss, 超低电流消耗 (典型应用为360 n A)
高灵敏度SM353LT:典型应用为14 Gauss, 最高为20 Gauss, 超低电流消耗 (典型应用为360 n A)