磁阻传感器原理 磁阻效应传感器工作原理
磁阻效应传感器工作原理
磁阻效应传感器概述
磁阻效应传感器是根据磁性材料的磁阻效应制成的。磁性材料（如坡莫合金）具有各向异性，对它进行磁化时，其磁化方向将取决于材料的易磁化轴、材料的形状和磁化磁场的方向。当给带状坡莫合金材料通电流I时，材料的电阻取决于电流的方向与磁化方向的夹角。如果给材料施加一个磁场B（被测磁场），就会使原来的磁化方向转动。如果磁化方向转向垂直于电流的方向，则材料的电阻将减小；如果磁化方向转向平行于电流的方向，则材料的电阻将增大。磁阻效应传感器一般有四个这样的电阻组成，并将它们接成电桥。在被测磁场B作用下，电桥中位于相对位置的两个电阻阻值增大，另外两个电阻的阻值减小。在其线性范围内，电桥的输出电压与被测磁场成正比。
磁阻传感器已经能制作在硅片上，并形成产品。其灵敏度和线性度已经能满足磁罗盘的要求，各方面的性能明显优于霍尔器件。迟滞误差和零点温度漂移还可采用对传感器进行交替正向磁化和反向磁化的方法加以消除。由于磁阻传感器的这些优越性能，使它在某些应用场合能够与磁通门竞争。
FNN-3300就是用的磁阻传感器，在市场上占据很重要的地位，所以证明在电子罗盘中磁阻式的是优于霍尔效应及磁通门的。
磁阻效应传感器工作原理
磁阻元件类似霍尔元件，但它的工作原理是利用半导体材料的磁阻效应（或称高斯效应）。与霍尔效应的区别如下；即霍尔电势是指垂直于电流方向的横向电压，而磁阻效应则是沿电流方向的电阻变化。
表示一种测量位移的磁阻效应传感器。将磁阻元件置于磁场中，当它相对于磁场发生位移时，元件内阻R1、R2发生变化，如果将它们接于电桥，则其输出电压比例于电阻的变化。
产生磁阻效应的原理：
磁阻效应与材料性质及几何形状有关，一般迁移率大的材料，磁阻效应愈显著；元件的长、宽比愈小，磁阻效应愈大。
磁阻元件可用于位移、力、加速度等参数的测量。
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无磁传感原理简介
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应环球表计邀稿，写了一篇有关无磁传感方面的科普性质的介绍，以便让大家了解近年水表圈热议的无磁到底是怎么回事。
以本人认识，从何谓无磁传感和无磁传感原理两部分来阐述，希望有助读者于理解该技术的基本原理。
何谓无磁传感
目前流体计量中所指的无磁传感是相对于磁体采样而言的定义，是种约定俗成的说法。具体来说，有磁采样是指机械水表中指示盘的旋转指针上，安装了小磁铁，采样是外部用干簧管或霍尔元件实现。无磁就是指旋转指针没有这种小磁铁，用不受磁影响的金属片替代磁铁，这种采集金属旋转转动及方向的技术，被称为无磁采样。
金属片的材质可以用不锈钢，铜等不受外部磁场影响的金属。
无磁传感原理介绍
无磁传感的基本原理包含 ：金属片上的傅科电流原理 ；产生电流的能量提供源 ；能量提供源头做采样判断。
块状金属处于变化磁场中或相对于磁场运行时，在金属体内部形成感应电流，这种电流的流线呈涡旋状闭合回线，所以叫涡流。由于该现象于 1851 年由法国物理学家傅科首先发现故又称为傅科电流（Foucault current）。
涡流的产生原理如图所示，线圈中的交变电流产生磁场，这个磁场从圆心径向分布，如图所示。磁力线是呈伞形分布的 ；而涡流则是与磁力线垂直、呈圆周分布的，无数的涡流就形成许多同心圆。实际上涡流是电磁感应现象的一种表现形式，都是从法拉第最早发现电磁感应原理派生出来的现象。
涡流中的趋肤效应：当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的 “ 皮肤 ” 部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小。结果使导体的电阻增加，使它的损耗功率也增加。这一现象称为趋肤效应（skin effect）。
水表中的部分金属化指针，就是在变化磁场中做旋转运动。部分金属化指针位置与磁力线垂直，转动过程中还伴有在转动轴心的上下位移。
结论一 ：目前采金属片旋转的方式均为该原理，也有把此无磁称为“抗磁”，实际上全都是金属片垂直切割交变磁场方式。
结论二 ：与金属片厚度无关，与金属片面积有关。
线圈 —— 金属片涡流能量提供源
交变磁场由线圈提供，线圈的形式可以是有铁氧体磁芯的电感、空心线圈、印制板 PCB 线圈等形式。线圈与电容组合成的 LC 谐振电路为金属片产生的涡流提供能量来源。线圈上的谐振频率和电压幅值由电路 LC 等参数决定，有兴趣读者可自查该方面资料。
其中磁芯线圈不抗外部强磁，尽管在无外强磁情况下也能检测金属片旋转，但属于笔者称谓之 “ 假无磁 ”。
从线圈即能量提供端采样判断金属旋转及位置
线圈作为金属片上涡流的能量来源，如果可以提供足够能量的话，是另外一种应用领域 ：加热产品。如家用的电磁炉，炼钢所用的电磁炉等等，都是利用了电涡流原理。
应用于水表流体中的线圈，其提供的能量有限，正是由于弱电源的原因，当金属片垂直于线圈即交变磁力线时，能量传递到金属片的瞬间，线圈自身的谐振幅值被拉垮，即明显的振荡衰减现象。这种明显的振荡衰减现象可被电路捕获，送入单片机中做出旋转和方向的判断。可以说无磁采样是电涡流原理在流体采样领域的特殊应用。
图示中红色波形为电感线圈位于金属片位置，蓝色波形部分为电感线圈位于非金属位置。红色部分明显谐振衰减。理解了这点可以回答关于无磁采样的误区：
误区一：无磁是收发式或者是雷达式。无磁采样就是利用了线圈谐振时电压衰减并被捕获，不是通信射频发送与接收的概念。
误区二：无磁功耗会很高？无磁功耗来源于激励瞬间时功耗，LC 振荡时电流在电感 L 与电容 C 之间流动，不会再有功耗的增加了。是目前已知的采样手段中功耗最低的方式之一。
对于无磁采样的原理，可简单总结为几点，方便理解；
金属片上产生的涡流需要能量 ；能量提供方的谐振电压被衰减；衰减的电压能被检测。
作者简介
张弦，从事电力仪表行业产品开发技术管理，国际市场开拓等工作近二十年。原就职于长沙威胜电子有限公司，2019 年创业成立长沙铨准电子科技有限公司，致力于解决电，流体底层传感计量产品，面向全行业提供精准计量的前端模块。
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