磁性传感器原理 磁式传感器的工作原理–Talk工控

磁式传感器的工作原理–Talk工控

霍尔传感器功能原理

霍尔传感器内有一个载流半导体元件，该元件受到静态永磁体产生的永久预加磁力的影响。当铁磁性物体穿过磁场时所产生的任何磁场强度的变化将被半导体元件以电压变化的形式识别。传感器的集成电子元件将产生的正弦电压处理成为放大的方波信号。

磁式接近开关功能原理

磁阻元件由特殊材料制成，只对磁场作出响应，例如永磁体产生的磁场，并输出数字信号。这些材料的灵敏度是霍尔元件的大约十倍，能够探测弱得多的磁场，从而大大增加了感应距离。磁阻接近开关为全极，因此能够探测永磁体的北极和南极。

穿过罐壁探测

传感器能够穿过非铁磁性材料探测磁场。如果传感器或者永磁体需要使用防护或隔离底座，或者与罐壁分离，那么这个特性是非常有用的。

安装

屏蔽（齐平式）安装

磁阻接近开关采用屏蔽（齐平式）安装，即感应面与载体表面齐平。载体材料必须为非铁磁性。在铁磁性材料中进行屏蔽安装将使感应距离降低高达25%，非屏蔽或非齐平安装（感应面突出铁磁性载体表面其直径高度）将使感应距离提高25%。

气缸用磁敏开关功能原理

汽缸内部活塞携带一个永磁体，产生一个穿过所有非铁磁性材料的磁场。探测到磁场之后，传感器脱扣。将传感器安装到汽缸槽处并固定。可用夹子和螺栓将汽缸传感器安装到所有常规汽缸上。

1) 使活塞处于规定的开关位置。

2) 将槽中的传感器汽缸反向移动至1档*

3) LED点亮之后，稍微退回传感器，确保开关操作可靠。

4) 固定传感器。

5) 利用LED确认开关点。

* 圆形汽缸或者拉杆汽缸：先用夹子或螺栓将传感器松松地固定在汽缸上。

角度测量传感器功能原理

磁性角传感器的核心是集成的双微分霍尔元件，该元件根据外磁场的磁通方向建立电气参数。此磁场绕着元件的中心轴旋转，产生两个偏移90°的正弦波，用于探测转角并作为绝对值输出。集成的电子元件将正弦波处理成为线性电压或电流信号。绝对探测原理确保在电源故障时仍然输出正确的转角。

感应角为360°并采用电压输出的传感器输出信号实例：

什么是磁传感器？最常用的磁传感器类型及应用

01 什么是磁传感器？

磁传感器通常是指将磁场的大小和变化转换成电信号。

磁场，以地球磁场(地磁)或磁石为例的磁场是我们熟悉但不可见的现象。将不可见的磁场转化为电信号，以及转化为可见效应的磁传感器一直以来都是研究的主题。

从几十年前使用电磁感应效应的传感器，到如今涉及磁场电效应、磁阻效应、约瑟夫森效应和其他物理现象的应用。

02 典型磁传感器及其应用

现在，利用各种物理效应的传感器已经商业化。以下，我们将重点介绍最常用的磁传感器类型及其应用。

【MR 传感器元件】

MR传感器元件是利用磁阻效应(MR效应)的磁传感器元件。有许多使用不同工作原理的 MR 传感器类型。

MR效应是电阻随磁场变化而变化的现象。这种效应发生在磁性物料(例如铁、镍或钴)中。

在理解MR 效应之前需要先了解电子自旋，以及洛伦兹力如何利用电子电荷起作用。

当电子在铁磁物料(具有一定磁性的物料)中运动时，电子的自旋发生波动，(电子)在磁性物料中的散射概率就会上升或下降。这就是导致 MR 效应的原因。

电子有两个重要参数：电荷和自旋。它们具有相同的负电荷，但电子自旋有两种：向上自旋和向下自旋。1922年通过实验验证了电子自旋，并确认了电子具有电子角动量和磁矩特征。

当电子通过导电物料时，它们会发生散射(电子散射)。电子散射是物料中的静电导致电子偏离其正常轨迹的现象。

洛伦兹力是一种当导电物料中的移动带电粒子(电子)暴露于磁场时所起作用的力。它影响所有带电粒子并且不依赖于电子自旋。

【AMR 传感器元件】

1856年，William Thomson通过观察放置于外部磁场中的铁磁物料，发现了各向异性磁阻效应(AMR效应)。

当铁磁物料中的磁化方向与电流平行时，电子轨道就会垂直于电流，从而产生最大电阻。这增加了依赖于自旋的散射，导致电阻上升。

当磁化方向垂直于电流时，电子轨道就会与电流平行，减少了依赖于自旋的散射，并产生最小电阻。

由磁场状态引起的电阻变化率称为磁阻比率(MR比率)。AMR 传感器元件的 MR 比率约为 5%。AMR传感器元件由于结构简单，常用于磁性开关和旋转传感器。

【TMR 传感器元件】

常温下的隧道磁阻效应(TMR 效应)是日本东北大学Terunobu Miyazaki教授于 1995 年发现的。TMR 传感器元件是利用 TMR 效应的磁传感器元件，是由极薄的纳米级非磁性绝缘层夹在两个铁磁层中间构成。电子隧道通过绝缘层从一个铁磁层穿到另一个铁磁层。这是一种量子力学现象。

当两种铁磁物料的磁化方向平行时电阻减小，不平行时电阻增大。

TMR 交界处的 MR 比率(电阻随磁场状态的变化率)在生产中可达到 100% 以上。在实验室条件下，已达到 1,000% 以上的水平。

由于具有高灵敏度，TMR 传感器元件非常适合用于硬盘磁头或高灵敏度旋转角度传感器。

【霍尔元件】

霍尔元件是霍尔效应的一种应用。Edwin H. Hall于1879年发现的霍尔效应证明了洛伦兹力会产生与电流和磁场方向成直角的电压。该电压称为霍尔电压，根据Fleming左手法则，电压的方向随磁通量的方向而变化。电压的大小和方向(正、负)使得检测磁场(N极、S极)的大小和方向成为可能。

霍尔元件的磁灵敏度不如磁阻传感器元件。但作为不依赖于磁性物料的磁传感器，可以在铁磁场或恶劣环境下使用，因此可用作电流传感器或各种磁性开关。

03 ABLIC的磁传感器

ABLIC 现在提供由硅霍尔元件和信号处理电路构成的霍尔效应传感器和 TMR 传感器IC，同样地融合了信号处理电路。

我们能提供适合您的应用和环境需求的理想产品。

ABLIC致力于打造一个安全宜居的社会，通过我们的技术，利用我们的传感器元件的优势，提出并提供磁传感器解决方案。

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