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零功耗磁敏傳感器
閱讀�5503�(shí)間:2011-03-20 16:15:12

  零功耗磁敏傳感器又稱韋根傳感�,是利用韋根效應(yīng)制成的一種無源磁敏器�。它無需外加工作電源便能將磁信號(hào)�(zhuǎn)變成電信�(hào),輸出信�(hào)幅值與磁場(chǎng)的變化速度無關(guān),可�(shí)�(xiàn)“零速”傳�。適用于微功耗儀�,如電子水表、電子氣�、熱量表、報(bào)警器和其它智能型儀表方��

由來

  零功耗磁敏傳感器是利用韋根效�(yīng)研制開發(fā)出的磁敏傳感��

  1974年美�(guó)物理�(xué)家韋根特就發(fā)�(xiàn):經(jīng)過適�(dāng)處理過的合金絲的金相�(huì)�(fā)生變化,其外殼矯頑力比內(nèi)芯矯頑力大得�,依靠這種磁性的差異及一定的外加磁場(chǎng)條件,可以使�(nèi)芯的磁化方向與外殼的磁化方向相同或相�,而且用確定的外磁�(chǎng)可以重復(fù)這種磁化改變。這種�(xiàn)象被稱作“韋根效�(yīng)��

�(yōu)�(diǎn)

  在其它各種磁敏傳感器(如:霍爾器�、干簧管、半�(dǎo)體磁電阻、磁敏二極管、感�(yīng)線圈式)�,沒有任何一種能像零功耗磁敏傳感器(零功耗磁敏傳感器(韋根傳感器))一�,同�(shí)具有以下多�(gè)�(yōu)�(diǎn)�

  �1� 不用電源,便可輸�3�5V電壓脈沖,能直接�(qū)�(dòng)微處理器,特別適用于要求零功耗傳感器的低功耗如:用干電池供電的)智能儀��

  �2� �0�20kHz的頻響范圍內(nèi),輸出電壓脈沖的幅度與寬度(�20μs)恒�,不隨傳感器與永磁體之間的相�(duì)�(yùn)�(dòng)速度變化,可�(shí)�(xiàn)超低速(“零速”)檢測(cè)�

 ?�?� 傳感器與永磁體間的工作距離大,可以達(dá)�15�,輸出不低于3V�30㎜時(shí),仍然可以輸�100mV以上�

 ?�?� 工作溫度范圍寬達(dá)-196℃~�300��

 ?�?� �(dāng)外加激�(lì)磁場(chǎng)的極性發(fā)生跳變時(shí),傳感器才輸出一�(gè)脈沖信號(hào),這一特性使得零功耗磁敏傳感器(零功耗磁敏傳感器(韋根傳感器))在工程應(yīng)用中沒有不穩(wěn)定的臨界狀�(tài),增�(qiáng)了抗干擾能力�

 ?�?� 輸出脈沖幅度及寬度與傳感器與外部磁鐵之間的相�(duì)�(yùn)�(dòng)速度無關(guān),始終保持恒��

原理

  零功耗磁敏傳感器是利用韋根效�(yīng)原理,用韋根特絲做成性能十分�(dú)特的磁敏傳感��

  韋根特(Wiegand)效�(yīng):韋根特絲是用一種坡莫合金或維卡合金制成的新型功能合金絲234,直� 0.3 毫米。經(jīng)特殊加工后,成為有外殼和�(nèi)芯二層結(jié)�(gòu)組成。外殼和�(nèi)芯具有不同的矯頑�,外殼需要加比內(nèi)芯高很多的磁�(chǎng)才能使其改變磁極性方��

韋根特(Wiegand)線結(jié)構(gòu)

  � 韋根特(Wiegand)線�(jié)�(gòu)

  為了�(chǎn)生脈�,采用兩塊磁�(chǎng)�(qiáng)度大小相等但極性相反的磁鐵,形成工作磁�(chǎng)。磁鐵首先將韋根特絲的外殼和�(nèi)芯按同一方向�(jìn)行排組。在這過程中,首先線芯的極性方向改�,然后外殼的極性方向發(fā)生改�。這一作用在檢�(cè)線圈中產(chǎn)生了一�(gè)方向的電壓脈沖輸�。接�,將磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn) 180 �。韋根特絲將�(jìn)入反向致偏狀�(tài)。時(shí),首先內(nèi)芯的極性改變,其次外殼的極性又隨之改變?yōu)槠鹗嫉姆�?。這一過程又產(chǎn)生了一�(gè)相反方向的電壓脈�。只要磁鐵不斷旋�(zhuǎn),傳感器就能�(fā)出一�(duì)�(duì),一正一�(fù)的脈沖信�(hào)�

�(shè)�(jì)

  零功耗磁敏傳感器(韋根傳感器)兩引線可不分正�(fù),直接接入后�(jí)信號(hào)處理電路�

  一、磁路設(shè)�(jì)

  零功耗磁敏傳感器(韋根傳感器)和韋根模塊能否正常工作,關(guān)鍵在于磁路設(shè)�(jì)�

  1、應(yīng)使用N、S雙磁極交替觸�(fā),兩磁極間的距離要接近或大于傳感器長(zhǎng)�。例如在水表中可使用φ9.5 mm鐵氧體磁�(huán)。亦可使用一�(duì)磁鋼,兩磁極之間距離一般不要小�9mm�

  2、磁體安裝位置應(yīng)使得磁力線方向平行于傳感器敏感絲(參見觸�(fā)方式和安裝方法)�

  3、傳感器敏感絲所處位置的觸發(fā)磁感�(yīng)�(qiáng)度應(yīng)確保不小于最小值,而不宜大于�。要注意某些使用�(chǎng)合(例如熱量表)磁體的磁�(chǎng)�(qiáng)度會(huì)隨環(huán)境溫度的升高而衰�,旋�(zhuǎn)部件可能�(huì)因機(jī)械磨損而使得磁體與傳感器之間的距離變遠(yuǎn),因此初始設(shè)�(jì)�(shí)要將觸發(fā)磁感�(yīng)�(qiáng)度設(shè)定在略大于值附近�

  4、要注意磁屏蔽,防止周圍雜散磁場(chǎng)的干��

  例:在電子水表和電子熱量表應(yīng)用中,目前多�(shù)廠家使用φ9.5mm配套鐵氧體磁�(huán)(磁�(huán)為一�(duì)N、S磁極,表面磁感應(yīng)�(qiáng)度為90 mT以上�。為減小�(jī)械磨損和溫度�(duì)磁場(chǎng)的影�,確保儀表長(zhǎng)期可靠運(yùn)�,建議在�(shè)�(jì)�(shí)將觸�(fā)磁場(chǎng)初始工作�(diǎn)�(shè)定在8�9 mT左右。據(jù)�(cè)�,此�(shí)磁環(huán)表面至傳感器(模塊)底面最適宜的距離為2.0 mm,不要超�2.5mm�

  二、電路設(shè)�(jì)

  �(dāng)作為流量�(jì)�?jī)x表的�(jì)�(shù)傳感器應(yīng)用時(shí),為防止各種可能的干擾,確保�(jì)�(shù)�(zhǔn)確,建議采取以下措施�

  1、零功耗磁敏傳感器(韋根傳感器)信�(hào)要經(jīng)整形電路整形后再接入單片�(jī)。該整形電路可有效消除信�(hào)雜波,使得傳感器工作更可靠。整形后,電路兩輸出端依次輸出一�(duì)高低電平相反的標(biāo)�(zhǔn)方波,方波幅值為電路電源電壓,寬度約�30μS,方波頻率與觸發(fā)磁場(chǎng)交變頻率相同。本公司開發(fā)的WG504韋根模塊就是將零功耗磁敏傳感器(韋根傳感器)與整形電路集成在一起,使用起來更方��

  2、單片機(jī)兩輸入端�(yīng)分別采集整形電路兩輸出端(即韋根模塊兩輸出端)的信號(hào),并且每�(dāng)采集到一�(duì)高低電平�(shí),后�(jí)�(jì)�(shù)器才加�1��

  注意,如果只采集零功耗磁敏傳感器(韋根傳感器)半波信�(hào)或整形電路的一輸出端信�(hào),可能會(huì)造成誤計(jì)�(shù)�

  3、每�(dāng)采集到一�(gè)方波信號(hào)后的5mS�(nèi),單片機(jī)不要立即采集信號(hào),軟件安排單片機(jī)做其它工作�

�(yīng)�

  1、可廣泛�(yīng)用于�

  ◆電子式水表、氣�、電表和�(yuǎn)程抄表系�(tǒng)

  ◆過程控制設(shè)備中傳送速度的測(cè)�

  ◆運(yùn)�(dòng)方向的敏�

  ◆在工程中測(cè)量轉(zhuǎn)�(dòng)速度和其他機(jī)械上的自�(dòng)化應(yīng)�

  ◆轉(zhuǎn)速儀、速度表以及其他轉(zhuǎn)子式�(jì)量裝�

  2、應(yīng)用領(lǐng)�  �

  �(dāng)永磁體與探頭之間�(fā)生相�(duì)�(yùn)�(dòng)�(shí),絲上作用有適當(dāng)?shù)耐獯�?chǎng),內(nèi)芯磁化跳變,檢測(cè)線圈便會(huì)輸出感應(yīng)電壓脈沖。因�,可以用此數(shù)字電壓脈沖檢�(cè)永磁體(永磁體的載體)的�(yùn)�(dòng),應(yīng)用于間接�(cè)量多種物理量的儀表,如:流量�(jì)、速度�(jì)、轉(zhuǎn)�(shù)�、里程表、轉(zhuǎn)角檢�(cè)�,以及汽車自�(dòng)�(diǎn)火位置分配器、汽缸活塞位置檢�(cè)器、無電源脈沖�(fā)生器、無觸點(diǎn)限位開關(guān)、識(shí)別卡及其讀出器等等�

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