di-soric磁傳感器未來的發展趨勢有以下幾種特點:
1、高靈敏度。被檢測信號的強度越來越弱,這就需要磁性傳感器靈敏度得到*提高。應用方面包括電流傳感器、角度傳感器、齒輪傳感器、太空環境測量。
2、溫度穩定性。更多的應用領域要求傳感器的工作環境越來越嚴酷,這就要求磁傳感器必須具有很好的溫度穩定性,行業應用包括汽車電子行業。
3、抗干擾性。很多領域里傳感器的使用環境沒有任何屏蔽,就要求傳感器本身具有很好的抗干擾性。包括汽車電子、水表等等。
4、小型化、集成化、智能。要想做到以上需求,這就需要芯片級的集成,模塊級集成,產品級集成。
5、高頻特性。隨著應用領域的推廣,要求傳感器的工作頻率越來越高,應用領域包括水表、汽車電子行業、信息記錄行業。
6、低功耗。很多領域要求傳感器本身的功耗極低,得以延長傳感器的使用壽命。應用在植入身體內磁性生物芯片,指南針等等。
di-soric磁傳感器的應用十分廣泛,已在國民經濟、國防建設、科學技術、醫療衛生等領域都發揮著重要作用,成為現代傳感器產業的一個主要分支。在傳統產業應用和改造、資源探查及綜合利用、環境保護、生物工程、交通智能化管制等各個方面,它們發揮著愈來愈重要的作用。下面就一些重要方面的應用作一論述。
磁傳感器的產業應用
磁傳感器已經在許多領域獲得了產業性的應用,每年所需用的磁傳感器的總數量以數十億計。
1.1 電機工業
無刷電動機具有體積小、重量輕、效率高、調速方便、維護少、壽命長、不產生電磁干擾等一系列優點,年需求量數以億計。
在無刷電動機中,用磁傳感器來作轉子磁極位置傳感和定子電樞電流換向器。許多磁傳感器,霍爾器件、威根德器件、磁阻器件等都可以使用,但大量使用的,主要是霍爾器件。
電機的轉速檢測和控制使用了的旋轉編碼器,過去多用光編碼器。磁編碼器的使用顯示出越來越多的優點,正在逐漸取代光學器件。使用磁傳感器還可以對電機進行過載保護(主要用霍爾電流傳感器)及轉矩檢測。
1.2 電力電子技術
電力電子表技術是電力技術和電子技術的結合,可實現交直流電流的相互變換,并可在所需的范圍內實現電流、電壓和頻率的自由調節。采用這些技術和產品,可做成各種特殊電源(如ups、高頻電源、開關電源、弧焊機逆變電源等)和交流變頻器等產品(交流變頻器用于電機調速,節能效果*)。這些變流裝置的核心,是大功率半導體器件。以磁傳感器為基礎的各種電流傳感器被用來監測、控制和保護這些大功率器件。霍爾電流傳感器響應速度快,且依靠磁場和被控電路耦合,不接入主電路,因而功耗低,抗過載能力強,線性好,可靠性高,既可作為大功率器件的過流保護驅動器,又可作為反饋器件,成為自控環路的一個控制環節。使用變流技術可以大量節能,國外使用的電能95%是經過變換來的,國內變流技術雖已受到高度重視,但僅有5%的電能經過這種變換,可見具有巨大的應用前景。其中,可能吸納大量的電流傳感器,是磁傳感器的又一巨大的產業性應用領域。
1.3 能源管理
電網的自動檢測系統需采集大量的數據,經計算機處理之后,對電網的運行狀況實施監控,并進行負載的分配調節和安全保護。自動監控系統的各個控制環節,都可用以磁傳感器為基礎的電流傳感器、互感器等來實現。霍爾電流傳感器已逐步在電網系統中得到應用。用霍爾器件作成的電度表已從研制逐步轉向實用化,它們可自動計費并可顯示功率因數,以便隨時進行調整,保證用電。
1.4 計算機技術與信息讀寫磁頭
磁信息記錄裝置除磁帶、磁盤等之外,還有磁卡、磁墨水記錄帳冊磁記錄等,對磁信息存儲和讀出傳感器有巨大需求。感應磁頭,薄膜磁阻磁頭,非晶磁頭等都獲得了大量的使用。隨著記錄密度的提高,例如高到100g字節,需要更高靈敏度和空間分辨力的磁頭。以多層金屬薄膜為基礎的巨磁阻磁頭、用非晶合金絲制作的非晶合金磁頭、巨磁阻抗磁頭等正展開激烈的競爭。
1.5 汽車工業
在汽車中,使用大量的電機(汽車每輛約需40~60臺電機,一般汽車中也有15臺,這些電機呈現出無刷化趨勢),其中使用磁傳感器的數量之大,不言而喻;另一個大量使用磁傳感器的是汽車的abs系統(防抱制動系統),平均每臺汽車要使用4~6只速度傳感器,使用的主要是感應式速度傳感器。正在逐步推廣的新型的霍爾齒輪傳感器,以及威氏器件、非晶器件、磁阻器件等即將進入這一領域。
另外是汽車發動機系統點火定時用的速度傳感器及點火器。這些方面也主要使用感應傳感器。霍爾齒輪傳感器和霍爾片開關已經在一些車型中使用。據霍爾公司報導,截止1996年6月,他們已向汽車工業供應了8000萬只霍爾翼片開關和300萬只霍爾齒輪速度傳感器。據預測,未來在一輛汽車中,將采用30多只象霍爾傳感器那樣的磁傳感器。
還有在工業自動控制、機器人、辦公自動化、家用電器及各種安全系統等領域,除大量使用無刷直流電機,交流變頻器等之外,在電冰箱、空調器、電飯煲等裝置中,使用了大量的磁性溫度控制器,上世紀80年代中期已經超過數億只。
在傳統產業改造中的應用及市場
據報道,1995年僅工業過程控制傳感器的市場已達到260億美元;2001年計算機hdd用sv-gmr磁頭的市場超過了4000億日元(約合34億美元)。若采用新型微型磁傳感器,既使操作更簡便,又提高了可靠性,增長了器件壽命,降低了成本。
使用新型磁傳感器可以顯著提高測量和控制精度,如使用gmi(巨磁阻抗)磁場傳感器,檢測分辨率和常用磁通門磁強計一樣,而響應速度卻快了一倍,消耗功率僅為后者的1%;若用霍爾器件,其分辨率僅4a/m,而所需外場比前者高300余倍;在應力檢測中,si 傳感器的靈敏度是常用電阻絲的2000倍高,是半導體應變規的20~40倍。工業機床的油壓或氣壓汽缸活塞位置檢測,廣泛采用套在活塞桿上的永磁環和amr元件組成的磁傳感器,檢測精度達0.1mm,檢測速度可在0~500mm/s內以高低速度變換;改用gmi或sv-gmr傳感器后,測量精度至少可以提高1個數量級。在機床數控化時代,數字磁尺幫助設計師們實現了閉環控制。使用信號輸出的磁尺,則不受噪聲、電源電壓波動等干擾,也不必原點復位。使用工作狀態磁敏開關,還可以完成手動與數控之間的轉換。
旋轉磁編碼器在旋轉量的檢測控制中起關鍵作用,它在數控機床、機器人、工廠自動化設備的位置檢測、傳輸速度控制,磁盤、打印機之類的自動化設備通訊設備的旋轉量檢測中都是*的重要部件。其檢測對象是光磁圖形,不受油霧粉塵的影響,因此比目前光編碼器的可靠性高壽命長,尤其適合于自動焊接、油漆機器人和與鋼鐵有關的位置檢測以及各種金屬、木材、塑料等加工行業的應用。而仍大量使用光編碼器,由于這種器件易受粉塵、油污和煙霧的影響,用在自動焊接、油漆機器人、紡織和鋼鐵、木料、塑料等的加工中,可靠性極差。應用amr、gmr 、gmi敏感元件構成的旋轉磁編碼器,就不存在上述缺點,因此,它們的市場需求年增長率在30%以上。在家用電器和節能產品中也也有其廣泛的應用潛力,在節能環保產品中也大有用武之地。若使用微型磁編碼器和控制微機一體化,更有利于簡化控制系統結構,減少元件數和占空體積,這在精密制造和加工業中意義十分重大。
在環境監測中的應用
環境保護的前提是對各個環境參數(溫度、氣壓、大氣成份、噪聲.......)的監測,這里需要使用多種大量的傳感器。采用強磁致伸縮非晶磁彈微型磁傳感器,可以同時測量真空或密閉空間的溫度和氣壓,而且不用接插件,可以遙測和遠距離訪問。在食品包裝、環境科學實驗等方面,應用前景廣闊。
在交通管制中的應用
交通事故和交通阻塞是城市中和城市間交通存在的一個大問題。國內外都在加強高速公路行車支持道路系統(ahs)、智能運輸系統(its)和道路交通信息系統(vics)等的開發與建設。在這些新系統中,高靈敏度、高速響應微型磁傳感器大有用武之地。例如,用分辨率可達1nt的gmi和si傳感器,可構成its傳感器(作高速路上的道路標志,測車輪角度,貨車近接距離),汽車通過記錄儀(測通行方向、速度、車身長度、車種識別),停車場成批車輛傳感器,加速度傳感器(測車輛通過時路橋的振動等)。
磁傳感器在電子羅盤中的應用
幾個世紀以來,人們在導航中一直使用磁羅盤。有資料顯示早在二千多年前中國人就開始使用天然磁石-一種磁鐵礦來指示水平方向。電子羅盤(數字羅盤,電子指南針,數字指南針)是測量方位角(航向角)比較經濟的一種電子儀器。如今電子指南針廣泛應用于汽車和手持電子羅盤,手表,手機,對講機,雷達探測器,望遠鏡,探星儀,穆斯林麥加探測器(穆斯林鐘),位置/方位系統,安全/定位設備,汽車、航海和航空的高性能導航設備,電子游戲機設備等需要方向或姿態顯示的設備。
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