常见磁传感器及原理和应用幻灯片

磁传感器定义
磁敏传感器是一种能检测磁场并从中提取信息的器件或装置
磁传感器应用领域
罗盘
全球定位
车辆检测
导航 位置传感器
电流传感器
转动位移 通信产品
发展比较快的两个方面应用：
磁传感器被用于70多个汽车应用之中，包括防抱死刹车系统、电子转向与 油门控制、电池管理和汽车传动。
数字罗盘也是磁传感器的重要市场，正在成为平板电脑和手机全球定位系 统(GPS)中的标准器件。例如，iPhone和iPad在行人与车辆导航中使用电 子罗盘，也用于基于位置的服务和增强现实等应用。
磁学量的单位
高斯单位制，又称混合CGS，在此单位制中，凡是电学量如q、I、E、 P、D等都用CGSE制单位，而磁学量如E、M、H都用CGSM制单位。 因而此在单位制中,介电常数ε和磁导率μ都是无量纲的，而且其真空值 μ0=ε0=1。此外B和E的量纲相同。理论物理中经常采用。
国际单位制（SI），基本量为长度、质量、时间和电流，基本单位分 别为米、千克、秒和安培。 E和D量纲不同， ε0=107/（4πc2）库2/ （千克·米）；H和B量纲也不同， μ0= 4π ×107千克·米/库2 。
这两个方面市场每年有十几亿美元，其中五大供应商日本Asahi Kasei Microsystems、美国Allegro Microsystems、德国英飞凌、瑞士 Micronas和比利时Melexis N.V.占据80%的市场。
磁传感器的分类
物理原理：磁电感应式传感器，霍尔效应、磁阻效应、巨磁电阻效应、 巨磁阻抗效应、超导量子干涉器、磁致伸缩效应、磁弹性效应等。
磁电感应式传感器
1831年, 英国Michael Faraday和美国的Joseph Henry 发现的电磁学中最基 本的效应之一------电磁感应现象
eNdNd(B)A
dt
dt
磁通变化率与磁场强度、磁路磁阻、线圈与磁场相对运动的速度有关， 改变其中一个因素都会改变线圈中的感应电势。
恒磁通式
H=(B/μo)-M式中B是磁感应强度；M是磁化强度；μo是真空磁导率。在 线性各向同性磁介质中，M与H成正比，即M＝xmH，xm是磁介质的磁化 率。于是上式表为B＝μo（1＋xm）H＝μoμrH式中μr＝1＋xm称为磁介质 的相对磁导率。
磁学量的单位
CGSE，又称静电单位制（electrostatic units）简称ESU 基本量为长度、质量和时间。基本单位为cm、g和s。 通过库仑定律，并令k＝1确定电荷单位，库仑。电场强度E、极化强度P和电位 移D量纲都相同。 安培环路定律和法拉第电磁感应定律分别确定磁感应强度B和磁场强度H，量纲 不同，真空中也不相等，真空磁导率μ0=1/c2。
常见磁传感器及原理和应 用幻灯片
基本概念
磁通：垂直于某一面积所通过的磁力线的条数，用ф表示，单位韦伯 （Wb）。
磁感应强度 ：表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量，单位是特斯 拉（T）或高斯（Gs）用符号B表示。磁感应强度也叫磁通密度。
磁场强度：将不同的物质放入磁场中，对磁场产生的影响是不同的。不 同的物质在外磁场的磁化作用下将产生不同的附加磁场，此种附加磁场 又必然反过来影响外磁场。外磁场通常是由电流产生，为了反应外磁场 和电流之间的关系，引入一个辅助矢量——磁场强度，用H表示。它也 是用来表征磁场中各点的磁力大小和方向的物理量。它的大小仅与产生 该磁场的电流大小和载流导体形状有关，单位安培/米(A/m)。
CGS单位制逐渐的被国际单位制取代，在技术领域使用CGS单位制的情形正 逐渐减少。许多科学期刊或国际标准单位已不使用CGS单位制，不过在天文 学的期刊中仍会使用。美国的材料科学、电动力学及天文学中偶尔会使用 CGS单位制。 另外，由于国际单位制的磁通量密度单位特斯拉太大，在日常使用上不便， 一般会使用CGS单位制的对应单位高斯，因此在磁学及其相关领域中仍会使 用CGS单位制。
变磁通：
磁路中的工作气隙与磁路磁阻变化，引起磁通变化
旋转型感应电势： 变磁通式传感器对环境条件要求不高，能在-150～＋90℃的温度下工作，不影响测量 精度，也能在油、水雾、灰尘等条件下工作。但它的工作频率下限较高，约为50Hz， 上限可达100Hz。
为提高灵敏度，应选用具有磁能积较大的永久磁铁
磁学量的单位
单位制特点： 高斯单位制的特点是电场及磁场的单位相同，方程中唯一有量纲的常 数为光速。 国际单位制是使关于球面的电磁方程会含有4π，关于线圈的则含有 2π，处理直导线的则完全不含π，这样的作法对电机工程应用来说是 最便利的。但高斯单位制会使得关于球面的电磁方程中不含4π或π。
使用情况：
磁电传感器应用 1、振动测量
2、扭矩测量
3、流量测量
涡轮由导磁系数较高 的材料（如不锈钢２ Ｃｒ１３、３Ｃｒ１ ３等）制成。
4、位移测量
5、接近传感器 （探测磁性金属）
6、磁场测量：磁通门
螺线管线圈的电感与它的磁导率有关，而 螺线管磁芯的磁导率以饱和的方式依赖于 外部的磁场，Ｂ—Ｈ曲线，μ为在某一给 定点曲线的斜率。如果器件在其曲线的 “膝盖”位置受到一个恒定偏置磁场（如 线圈偏置电流），外部磁场的一个微小变 化将引起磁导率的显著变化，因此电感也 发生变化。
磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙固定不变，气隙中的磁通也恒定
不变，感应电势是由于线圈相对于永久磁铁运动时切割磁力线而产生的。
动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ式感应电势： eBlv
在传感器中当结构参数确定后，B、l均为定值，感应电动势e与线圈相对磁场的运动 速度(v或ω)成正比，所以这类传感器的基本形式是速度传感器，能直接测量线速度或 角速度。如果在其测量电路中接入积分电路或微分电路，那么还可以用来测量位移或 加速度。但由上述工作原理可知，磁电感应式传感器只适用于动态测量。
CGSM，又称电磁单位制（electromagnetic units）简称EMU ，CGSM 制的 基本量和基本单位与CGSM制的一样，但是确定电磁量单位的物理公式不同。 它是通过安培-毕奥-萨伐尔定律 并令K=1确定电流单位， D和E具有不同的量纲 真空介电常数ε0=1/c2。 但B和H的单位相同，但通常B的单位称为高斯，H的单位称为奥斯特。磁导率μ 是无量纲的。