Что такое датчик магнитного поля?

Что такое датчик магнитного поля?

Датчик магнитного поля — это датчик, который определяет магнетизм Земли (геомагнетизм).

Существует два типа: 2-осевой тип, который может определять ось XY, и 3-осевой тип, который может определять ось XYZ. 2-осевой тип можно использовать на ровной местности, но 3-осевой тип не может точно определять геомагнитное поле, если он не используется на склоне.

Применение датчиков магнитного поля

Датчики магнитного поля используются для определения направления. Они используются в качестве электронных компасов в устройствах GPS для альпинизма, а также в смартфонах и автомобильных навигационных системах для измерения ориентации устройства на карте.

2-осевой тип используется в автомобилях для определения оси XY, в то время как 3-осевой тип, который может определять ось XYZ, следует использовать в самолетах и ​​других транспортных средствах, способных к трехмерному движению, такому как тангаж и рыскание.

Принцип работы датчиков магнитного поля

Датчик магнитного поля измеряет магнитную силу по оси X, оси Y и, в случае 3-осевого датчика, в направлении оси Z, и вычисляет азимут.

Существует три типа датчиков магнитного поля: датчики Холла, датчики MR (магниторезистивные) и датчики MI (магнитоимпедансные) являются наиболее распространенными типами датчиков магнитного поля. Принцип действия каждого типа датчика поясняется ниже.

1. Датчик Холла

Магнитный поток, который является перпендикулярным компонентом магнитного поля, дает электродвижущую силу элементу Холла, который затем воспринимается как геомагнетизм. Эффект Холла используется для измерения плотности магнитного потока, и после прохождения через цепь усиления датчик выдает напряжение, пропорциональное плотности магнитного потока. Он характеризуется простотой использования.

2. Датчик MR

В датчиках MR магнитный поток, который является горизонтальной составляющей магнитного поля, воздействует на элемент MR, который затем воспринимается как геомагнитное поле. Он отличается от датчика Холла тем, что измеряет величину геомагнитного поля, используя изменение электрического сопротивления элемента MR, вызванное магнитным полем.

Благодаря более высокой чувствительности и меньшему энергопотреблению по сравнению с датчиками Холла он используется чаще и часто используется для приложений геомагнитного зондирования, таких как электронные компасы, вращение двигателя и приложения определения положения.

3. Датчик MI

Датчики MI используют провода, изготовленные из специального материала, называемого аморфным проводом, который не имеет кристаллического состояния. Когда импульсный ток подается на аморфный провод в присутствии геомагнитного поля, генерируется эффект MI, и геомагнитное поле обнаруживается с использованием изменения магнитного импеданса. Эффект MI более чем в 10 000 раз чувствительнее датчика Холла, поэтому даже мельчайшие изменения геомагнитного поля могут быть измерены с высокой точностью.

Эффект магнитной индукции — это явление, при котором импеданс магнитного материала изменяется с высокой чувствительностью во внешнем магнитном поле, когда к магнитному материалу прикладывается высокочастотный ток, вызывающий скин-эффект.

Скин-эффект относится к эффекту, при котором при протекании высокочастотного тока через проводник плотность тока увеличивается вблизи поверхности проводника и уменьшается по мере его перемещения внутрь.

Другая информация о датчиках магнитного поля

1. Элемент Холла

Элемент Холла — это магнитный датчик, использующий эффект Холла. Эффект Холла — это явление, при котором электродвижущая сила генерируется в направлении, перпендикулярном току и магнитному полю, когда магнитное поле приложено перпендикулярно электронам, протекающим через материал.

Заряженные частицы, переносящие ток, подвергаются воздействию силы Лоренца под воздействием магнитного поля, что вызывает смещение заряда внутри материала. В это время внутри материала генерируется разность потенциалов, что приводит к возникновению электродвижущей силы.

2. Элемент датчика MR

Элементы датчика MR — это магнитные сенсорные элементы, использующие магниторезистивный эффект (эффект MR), явление, при котором значение сопротивления изменяется при изменении магнитного поля.

Электроны имеют два спиновых состояния, называемых спином вверх и спином вниз. Когда электроны движутся через ферромагнитный материал, вероятность рассеяния внутри намагниченного материала колеблется, когда спиновое состояние электронов изменяется вверх или вниз. Это и есть причина эффекта МР.