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電子羅盤的分類與特點

作者:admin??更新時間:2020-04-27

  隨著微電子集成技術以及加工工藝、材料技術的不斷發展。電子羅盤的研究制造與運用也達到了一個前所未有的水平。電子羅盤按照有無傾角補償可以分為平面電子羅盤和三維電子羅盤,也可以按照傳感器的不同分為磁阻效應傳感器、霍爾效應傳感器和磁通門傳感器。

  磁阻效應傳感器

  磁阻效應傳感器是根據磁性材料的磁阻效應制成的。磁性材料(如坡莫合金)具有各向異性,對它進行磁化時,其磁化方向將取決于材料的易磁化軸、材料的形狀和磁化磁場的方向。

  磁阻效應傳感器一般有四個這樣的電阻組成,并將它們接成電橋。在被測磁場作用下,電橋中位于相對位置的兩個電阻阻值增大,另外兩個電阻的阻值減小。在其線性范圍內,電橋的輸出電壓與被測磁場成正比。磁阻傳感器已經能制作在硅片上,遲滯誤差和零點溫度漂移還可采用對傳感器進行交替正向磁化和反向磁化的方法加以消除。

電子羅盤的分類與特點

  由于磁阻傳感器的這些優越性能,使它在某些應用場合能夠與磁通門競爭。磁阻傳感器的主要問題是其翻轉效應,這是其原理所固有的。

  如前所述,在使用前對磁性材料進行了磁化,此后如果遇到了較強的相反方向的磁場(大于20高斯)就會對材料的磁化產生影響,從而影響傳感器的性能。在極端情況下,會使磁化方向翻轉180。這種危險雖然可以利用周期性磁化的方法加以消除,但仍存在問題。對材料進行磁化的磁場必須很強,如果采用外加線圈來產生周期性磁化磁場,就失去了小型化的意義,

  霍爾效應傳感器

  霍爾效應磁傳感器的工作原理。如果沿矩形金屬薄片的長方向通電流I,由于載流子受洛侖茲力作用,在垂直于薄片平面的方向施加強磁場B,則在其橫向會產生電壓差U,其大小與電流I、磁場B和材料的霍爾系數R成正比,與金屬薄片的厚度d反比。100多年前發現的霍爾效應,由于一般材料的霍爾系數都很小而難以應用,直到半導體問世后才真正用于磁場測量。這是因為半導體中的載流子數量少,如果給它通的電流與金屬材料相同,那么半導體中載流子的速度就更快,所受到的洛侖茲力就更大,因而霍爾效應的系數也就更大?;魻栃艂鞲衅鞯膬烖c是體積小,重量輕,功耗小,價格便宜,接口電路簡單,特別適用于強磁場的測量。但是,它又有靈敏度低,噪聲大,溫度性能差等缺點。雖然有些高靈敏度或采取了聚磁措施霍爾器件也能用于測量地磁場,但一般都是用于要求不高的場合。

  磁通門傳感器

  磁飽和法是基于磁調制原理,即利用被測磁場中鐵磁材料磁芯在交變磁場的飽和勵磁下其磁感應強度與磁場強度的非線性關系來測量弱磁場的一種方法。應用磁飽和法測量磁場的磁強計稱為磁飽和磁強計,也稱磁通門磁強計或鐵磁探針磁強計。

  磁飽和法大體劃分為諧波選擇法和諧波非選擇法兩大類。諧波選擇法只是考慮探頭感應電動勢的偶次諧波(主要是二次諧波),而濾去其他諧波;諧波非選擇法是不經濾波而直接測量探

  頭感應電動勢的全部頻譜,利用差分對磁飽和探頭能夠構成磁飽和梯度計,可以測量非均勻磁場,同時利用梯度計能夠克服地磁場的影響和抑制外界的干擾。 [2]

  這種磁強計早在本世紀30年代開始用于地磁測量以來,不斷獲得發展與改進,仍是測量弱磁場的基本儀器之一。磁飽和磁強計分辨率較高測量弱磁場的范圍較寬,并且可靠、簡易、價廉、耐用,能夠直接測量磁場的分量和適于在高速運動系統中使用。

  因此,它廣泛應用在各個領域中,如地磁研究、地質勘探、武器偵察、材料無損探傷、空間磁場測量等。近年來,磁飽和磁強計在宇航工程中得到了重要的應用,例如用來控制人造衛星和火箭的姿態,還可以測繪來自太陽的“太陽風”以及帶電粒子相互作用的空間磁場、月球磁場、行星磁場和行星際磁場的圖形。

  雖然磁通門還存在處理電路相對較復雜、體積較大和功耗相對較大的問題,但隨著微系統、微型磁通門和低功耗磁通門的研究,這些問題可以得到解決。從三者的比較來看,基于磁電阻傳感器的電子羅盤具有體積小、響應速度快等優點,是電子羅盤的發展方向。

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