磁性传感器

压磁式、磁电式传感器

磁性材料在感受到外界的热、光、压力、放射线等之后，其磁特性会改变。利用这种物质可以做成各种可靠性好，灵敏度高的传感器，这类传感器是利用磁性材料作为其敏感元件，故称磁性传感器。

产品简介

磁性传感器的探测器为磁性探头。磁性探头工作时在周围形成一个静磁场，当铁磁金属制成的物体，如步枪、车辆等进入这个静磁场时，就会感应产生一个新的磁场，干扰了原来的静磁场，由于目标的运动变化所产生的干扰使磁场发生变化，引起磁力计指针的偏转及摆动，产生一个电信号，进而实现对携带武器的人和车辆的探测。

磁性传感器鉴别目标性质的能力较强，能区别徒手人员、武装人员和各种车辆；同时对目标探测的反应速度也比较快，一般为2.5s，可实时地探测快速运动的目标。与其他传感器相比，磁性传感器还有一个突出特点，就是它能适应各种条件下的战场探测，特别适用于震动传感器难以探测的沼泽、滩头、水网等地区，从而弥补了震动传感器的不足。但是磁性传感器的能源有限，这使得它的探测距离较近，一般对人员的探测距离为3～4m，对轮式车辆的探测距离为15m以内，对履带式车辆的探测距离为25m以内。

磁性传感器的典型产品主要有Honeywell公司的HMC系列微型磁阻传感器，这是磁阻系列传感器中灵敏度最高、对微型金属目标信号探测距离最远的一类传感器。另外，我国研究较为成熟的磁通门传感器也具有较好的探测灵敏度和分辨率，有的磁通门产品灵敏度可以达到0.5mV/nT、分辨率优于1nT。

工作原理

工作方式

磁性材料在受到外界的热、光、力以及射线的作用时，要改变其磁特性。如图1，磁性传感器的输入量有热、光、应力、射线、磁等使磁性传感器（磁性材料）的Bm、Hc、μ或R发生变化。利用这些磁参数的变化转换成电信号。

性能要求

①反应迅速。用p表示检出量（一般为电压e或电流i），

则：

上式中，Q表示磁性量（Bm、Hc、μ或R），并表示输入量（热、光、力…），t为时间。

表示输入量x作用在磁性材料上时，材料的磁量（Bm、Hc、μ或R）所发生的变化速率，亦就是材料所具有的对敏感输入量的固有特性，表示磁性材料对输入量响应的快慢。为了提高器件的性能，要求和都高。

现举例说明上式意义，设（敏感）输入量x为热量，用温度

T表示，Q为磁感应强度Bm，p为e（感应电动势），所以：

式中，为饱和磁感应强度随温度的变化，为磁性材料对温度的响应速率。根据式，要提高p值，必须使和都高，其中为输入量的变化速率，为磁性量对输入量的反应速度，主要决定于磁性材料的特性，必须进一步讨论。

②Q随x的变化规律要快。材料的磁性量Q（Bm、Hc、μ或R）随输入量x（光、热、压力…）的变化规律有3种类型，如图2所示。

曲线a：在指定x附近，Q值急剧变化，在x为其他值时，Q值几乎不变——存贮信息和能量变换用；

曲线b：Q与x的关系基本上按比例减少（或增加）——测量和控制用；

曲线c：是最常见的情况。

常用分类

凡是利用磁性质、磁通量变化来制作的传感器叫磁性传感器。常见的磁性传感器有二种：压磁式传感器和磁电式传感器。这两种传感器在工作原理及使用范围上都有较大差异，下面分别予以介绍。

压磁式传感器

压磁式传感器与其它传感器相比，具有输出功率大、抗干扰能力强，精度高，线性好、寿命长，维护方便，运行条件要求低（能在一般有灰尘、水和腐蚀性气体的环境中长期运行）等优点。因此，很适合于重工业、化学工业部门运用，是一种十分有发展前途的传感器。目前，这种传感器已成功地用在冶金、矿山、造纸、印刷、运输等各个工业部门，特别是各种自动化系统中用来测量轧钢机的轧制力、钢带的张力，卷扬机的定量自动提升、纸张的张力、吊车提物的自动称重、配料斗的称重、金属切削过程的切削力以及电梯安全保护等各方面。

磁电式传感器

磁电式传感器多用于测量速度、加速度、位移、振动、扭矩等参数。将被测的参数变换为感应电动势的变换器称为磁电式传感器或感应传感器。磁电式传感器是以导线在磁场中运动产生感应电动势为基础的。根据电磁感应定律，具有W匝的线圈的感应电动势e与穿过该线圈的磁通Φ的变化速度成正比例，即

若机械量直接控制传感器线圈所交链的磁通的变化，则这种传感器可以不经中间转换元件，而将机械运动的速度直接转换为与其成比例的电信号。

图3为磁电式传感器的原理图，它相当于一个发电机，线圈1是经轴2与被测参数连接在一起在磁场内运动。有的传感器采用线圈静止，而磁铁运动。

当传感器的结构已定时，磁感强度及线圈总长L都为常数，因此感应电动势与线圈对磁场的相对运动速度成正比。所以，磁电传感器只可用来测定线速度或角速度，但是由于速度与位移（或加速度）仅差一积分（或微分）关系，因此若在感应电动势中测量电路中接一积分电路，那么输出电动势就与位移量成正比关系；如果在测量电路中接一微分电路，则输出电动势就与运动的加速度成正比关系。这样磁电式传感器除可测量速度外，还可用来测量运动的位移和加速度。磁电式传感器的输出量，除了电动势的幅值大小外，也可以是输出电动势的频率值，如磁电式转速表即为一个例子。

产品动向

以程序控制、环境控制、医疗诊断为首的自动化工程目前已开始进入家庭的日常生活，获得信息并及时处理信息的重要性正在增大，特别是最近，信息处理的主要场所已进入家庭的客厅和厨房。所有这些场合，情报信息的检测是先决条件，因此，传感器变得很重要。

使用传感器的各种场合很多，传感器的类型种类也很多。大体上可以分为电磁性和非电磁性两大类。电磁性的信息容易进行传递、记录、放大和计算等，也便于输入计算机。可是，非电磁性的信号处理就很困难，必须把它们变换为磁性信号，作为这种变换方式磁性传感器是最有效的。

磁性传感器这一名词有两层意思。第一，是检测具有磁性信号的磁性传感器。第二，把非磁性的信息变换为磁性信号用的磁性传感器。

另外，从构造上来分类磁性传感器也有两种类型：第一是功能性的传感器，它是利用特殊磁性传感器材料做成的。第二是结构性传感器，它是用一般磁性材料制成的、其机械结构设计十分巧妙的传感器。

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