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零功耗磁敏傳感器
閱讀�5505時間�2011-03-20 16:15:12

  零功�磁敏傳感�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�(zhuǎn)變成電信�,輸出信號幅值與磁場的變化速度無關(guān),可實現(xiàn)“零速”傳�。適用于微功耗儀�,如電子水表、電子氣�、熱量表�報警�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年美國物理學家韋根特就發(fā)�(xiàn):經(jīng)過適當處理過的合金絲的金相會�(fā)生變�,其外殼矯頑力比�(nèi)芯矯頑力大得多,依靠這種磁性的差異及一定的外加磁場條件,可以使�(nèi)芯的磁化方向與外殼的磁化方向相同或相反,而且用確定的外磁場可以重�(fù)這種磁化改變。這種�(xiàn)象被稱作“韋根效�(yīng)��

�(yōu)�

  在其它各種磁敏傳感器(如:霍爾器件、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�,同時具有以下多個優(yōu)點:

 ?�?� 不用電源,便可輸�3�5V電壓脈沖,能直接�(qū)動微處理�,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)智能儀表;

 ?�?� �0�20kHz的頻響范圍內(nèi),輸出電壓脈沖的幅度與寬度(�20μs)恒定,不隨傳感器與永磁體之間的相對運動速度變化,可實現(xiàn)超低速(“零速”)檢測�

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

  �4� 工作溫度范圍寬達-196℃~�300��

 ?�?� 當外加激勵磁場的極性發(fā)生跳變時,傳感器才輸出一個脈沖信�,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),增強了抗干擾能��

 ?�?� 輸出脈沖幅度及寬度與傳感器與外部磁鐵之間的相對運動速度無關(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獨特的磁敏傳感器�

  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�,成為有外殼和內(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)芯高很多的磁場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�,采用兩塊磁場強度大小相等但極性相反的磁鐵,形成工作磁�。磁鐵首先將韋根特絲的外殼和�(nèi)芯按同一方向進行排組。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�。這一作用在檢測線圈中�(chǎn)生了一個方向的電壓脈沖輸出。接�,將磁場旋轉(zhuǎn) 180 度。韋根特絲將進入反向致偏狀�(tài)。時,首先內(nèi)芯的極性改�,其次外殼的極性又隨之改變?yōu)槠鹗嫉姆�?。這一過程又產(chǎn)生了一個相反方向的電壓脈沖。只要磁鐵不斷旋�(zhuǎn),傳感器就能�(fā)出一對對,一正一負的脈沖信號�

�(shè)�

  零功耗磁敏傳感器(韋根傳感器)兩引線可不分正�,直接接入后級信號處理電��

  一、磁路設(shè)�

  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)計:

  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�。例如在水表中可使用φ9.5 mm鐵氧體磁�(huán)。亦可使用一對磁�,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)強度�(yīng)確保不小于最小�,而不宜大于�。要注意某些使用場合(例如熱量表)磁體的磁場強度會隨�(huán)境溫度的升高而衰�,旋�(zhuǎn)部件可能會因機械磨損而使得磁體與傳感器之間的距離變遠,因此初始設(shè)計時要將觸發(fā)磁感�(yīng)強度�(shè)定在略大于值附��

  4、要注意磁屏�,防止周圍雜散磁場的干擾�

  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)為一對N、S磁極,表面磁感應(yīng)強度�90 mT以上)。為減小機械磨損和溫度對磁場的影�,確保儀表長期可靠運行,建議在設(shè)計時將觸�(fā)磁場初始工作點設(shè)定在8�9 mT左右。據(jù)測量,此時磁�(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�

  �、電路設(shè)�

  當作為流量計量儀表的計數(shù)傳感器應(yīng)用時,為防止各種可能的干�,確保計�(shù)準確,建議采取以下措施:

  1、零功耗磁敏傳感器(韋根傳感器)信號要�(jīng)整形電路整形后再接入單片�。該整形電路可有效消除信號雜波,使得傳感器工作更可靠。整形后,電路兩輸出端依次輸出一對高低電平相反的標準方波,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�,使用起來更方便�

  2、單片機兩輸入端�(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,并且每當采集到一對高低電平時,后級計�(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)半波信號或整形電路的一輸出端信�,可能會造成誤計�(shù)�

  3、每當采集到一個方波信號后�5mS�(nèi),單片機不要立即采集信號,軟件安排單片機做其它工作�

�(yīng)�

  1、可廣泛�(yīng)用于�

  ◆電子式水表、氣�、電表和遠程抄表系統(tǒng)

  ◆過程控制設(shè)備中傳送速度的測�

  ◆運動方向的敏感

  ◆在工程中測量轉(zhuǎn)動速度和其他機械上的自動化�(yīng)�

  ◆轉(zhuǎn)速儀、速度表以及其他轉(zhuǎn)子式計量裝置

  2、應(yīng)用領(lǐng)�  �

  當永磁體與探頭之間發(fā)生相對運動時,絲上作用有適當?shù)耐獯�?�?nèi)芯磁化跳�,檢測線圈便會輸出感�(yīng)電壓脈沖。因此,可以用此�(shù)字電壓脈沖檢測永磁體(永磁體的載體)的運�,應(yīng)用于間接測量多種物理量的儀�,如:流量計、速度�、轉(zhuǎn)�(shù)�、里程表、轉(zhuǎn)角檢測器,以及汽車自動點火位置分配器、汽缸活塞位置檢測器、無電源脈沖�(fā)生器、無觸點限位開關(guān)、識別卡及其讀出器等等�

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