一、磁性傳感器是什么

 

磁性材料在感受到外界的熱、光、壓力、放射線等之后，其磁特性會(huì)改變。利用這種物質(zhì)可以做成各種可靠性好，靈敏度高的傳感器，這類(lèi)傳感器是利用磁性材料作為其敏感元件，故稱(chēng)磁性傳感器。

 

磁性傳感器的探測(cè)器為磁性探頭。磁性探頭工作時(shí)在周?chē)纬梢粋€(gè)靜磁場(chǎng)，當(dāng)鐵磁金屬制成的物體，如步槍、車(chē)輛等進(jìn)入這個(gè)靜磁場(chǎng)時(shí)，就會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)新的磁場(chǎng)，干擾了原來(lái)的靜磁場(chǎng)，由于目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)變化所產(chǎn)生的干擾使磁場(chǎng)發(fā)生變化，引起磁力計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)及擺動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)攜帶武器的人和車(chē)輛的探測(cè)。

 

磁性傳感器鑒別目標(biāo)性質(zhì)的能力較強(qiáng)，能區(qū)別徒手人員、武裝人員和各種車(chē)輛；同時(shí)對(duì)目標(biāo)探測(cè)的反應(yīng)速度也比較快，一般為2.5s，可實(shí)時(shí)地探測(cè)快速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)。與其他傳感器相比，磁性傳感器還有一個(gè)突出特點(diǎn)，就是它能適應(yīng)各種條件下的戰(zhàn)場(chǎng)探測(cè)，特別適用于震動(dòng)傳感器難以探測(cè)的沼澤、灘頭、水網(wǎng)等地區(qū)，從而彌補(bǔ)了震動(dòng)傳感器的不足。但是磁性傳感器的能源有限，這使得它的探測(cè)距離較近，一般對(duì)人員的探測(cè)距離為3～4m，對(duì)輪式車(chē)輛的探測(cè)距離為15m以內(nèi)，對(duì)履帶式車(chē)輛的探測(cè)距離為25m以內(nèi)。

 

磁傳感器是把磁場(chǎng)、電流、應(yīng)力應(yīng)變、溫度、光等外界因素引起敏感元件磁性能變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以這種方式來(lái)檢測(cè)相應(yīng)物理量的器件。

 

磁性傳感器這一名詞有兩層意思。第一，是檢測(cè)具有磁性信號(hào)的磁性傳感器。第二，把非磁性的信息變換為磁性信號(hào)用的磁性傳感器。

 

另外，從構(gòu)造上來(lái)分類(lèi)磁性傳感器也有兩種類(lèi)型：第一是功能性的傳感器，它是利用特殊磁性傳感器材料做成的。第二是結(jié)構(gòu)性傳感器，它是用一般磁性材料制成的、其機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分巧妙的傳感器。

 

二、磁性傳感器工作原理

 

磁性材料在受到外界的熱、光、力以及射線的作用時(shí)，要改變其磁特性。如圖，磁性傳感器的輸入量有熱、光、應(yīng)力、射線、磁等使磁性傳感器（磁性材料）的Bm、Hc、μ或R發(fā)生變化。利用這些磁參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

 

 

對(duì)傳感器用磁性材料性能的要求

 

①反應(yīng)迅速。用p表示檢出量（一般為電壓e或電流i），

 

則：

 

上式中，Q表示磁性量（Bm、Hc、μ或R），并表示輸入量（熱、光、力…），t為時(shí)間。

 

表示輸入量x作用在磁性材料上時(shí)，材料的磁量（Bm、Hc、μ或R）所發(fā)生的變化速率，亦就是材料所具有的對(duì)敏感輸入量的固有特性，表示磁性材料對(duì)輸入量響應(yīng)的快慢。為了提高器件的性能，要求和。

 

現(xiàn)舉例說(shuō)明上式意義，設(shè)（敏感）輸入量x為熱量，用溫度

 

T表示，Q為磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm，p為e（感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)），所以：

 

式中，為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度隨溫度的變化，為磁性材料對(duì)溫度的響應(yīng)速率。根據(jù)式，要提高p值，必須和都高，其中為輸入量的變化速率，為磁性量對(duì)輸入量的反應(yīng)速度，主要決定于磁性材料的特性，必須進(jìn)一步討論。

 

②Q隨x的變化規(guī)律要快。材料的磁性量Q（Bm、Hc、μ或R）隨輸入量x（光、熱、壓力…）的變化規(guī)律有3種類(lèi)型，如圖所示。

 

曲線a：在指定x附近，Q值急劇變化，在x為其他值時(shí)，Q值幾乎不變——存貯信息和能量變換用；

 

曲線b：Q與x的關(guān)系基本上按比例減少（或增加）——測(cè)量和控制用；

 

曲線c：是最常見(jiàn)的情況。 [3]

 

 

三、磁性傳感器接線圖

 

凡是利用磁性質(zhì)、磁通量變化來(lái)制作的傳感器叫磁性傳感器。常見(jiàn)的磁性傳感器有二種：壓磁式傳感器和磁電式傳感器。這兩種傳感器在工作原理及使用范圍上都有較大差異，下面分別予以介紹。

 

壓磁式傳感器

 

 

壓磁式傳感器與其它傳感器相比，具有輸出功率大、抗干擾能力強(qiáng)，精度高，線性好、壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便，運(yùn)行條件要求低（能在一般有灰塵、水和腐蝕性氣體的環(huán)境中長(zhǎng)期運(yùn)行）等優(yōu)點(diǎn)。因此，很適合于重工業(yè)、化學(xué)工業(yè)部門(mén)運(yùn)用，是一種十分有發(fā)展前途的傳感器。目前，這種傳感器已成功地用在冶金、礦山、造紙、印刷、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)工業(yè)部門(mén)，特別是各種自動(dòng)化系統(tǒng)中用來(lái)測(cè)量軋鋼機(jī)的軋制力、鋼帶的張力，卷?yè)P(yáng)機(jī)的定量自動(dòng)提升、紙張的張力、吊車(chē)提物的自動(dòng)稱(chēng)重、配料斗的稱(chēng)重、金屬切削過(guò)程的切削力以及電梯安全保護(hù)等各方面。

 

磁電式傳感器

 

 

磁電式傳感器多用于測(cè)量速度、加速度、位移、振動(dòng)、扭矩等參數(shù)。將被測(cè)的參數(shù)變換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變換器稱(chēng)為磁電式傳感器或感應(yīng)傳感器。磁電式傳感器是以導(dǎo)線在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為基礎(chǔ)的。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，具有W匝的線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e與穿過(guò)該線圈的磁通Φ的變化速度成正比例，即

 

若機(jī)械量直接控制傳感器線圈所交鏈的磁通的變化，則這種傳感器可以不經(jīng)中間轉(zhuǎn)換元件，而將機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度直接轉(zhuǎn)換為與其成比例的電信號(hào)。

 

目前磁性傳感器主要應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通管制和門(mén)磁傳感器在智能家居中，功能強(qiáng)大，效果極好，深受各界人士的好評(píng)。

 

 

推薦閱讀：