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零功耗磁敏传感器阅读:1122

    零功耗磁敏传感器又称韦根传感器,是利用韦根效应制成的一种无源磁敏器件。它无需外加工作电源便能将磁信号转变成电信号,输出信号幅值与磁场的变化速度无关,可实现“零速”传感。适用于微功耗仪表,如电子水表、电子气表、热量表、报警器和其它智能型仪表方面。

零功耗磁敏传感器的应用

    1、可广泛应用于:
    ◆电子式水表、气表、电表和远程抄表系统
    ◆过程控制设备中传送速度的测量
    ◆运动方向的敏感
    ◆在工程中测量转动速度和其他机械上的自动化应用
    ◆转速仪、速度表以及其他转子式计量装置
    2、应用领域  :
    当永磁体与探头之间发生相对运动时,丝上作用有适当的外磁场,内芯磁化跳变,检测线圈便会输出感应电压脉冲。因此,可以用此数字电压脉冲检测永磁体(永磁体的载体)的运动,应用于间接测量多种物理量的仪表,如:流量计、速度计、转数表、里程表、转角检测器,以及汽车自动点火位置分配器、汽缸活塞位置检测器、无电源脉冲发生器、无触点限位开关、识别卡及其读出器等等。

零功耗磁敏传感器的设计

    零功耗磁敏传感器(韦根传感器)两引线可不分正负,直接接入后级信号处理电路。
    一、磁路设计
    零功耗磁敏传感器(韦根传感器)和韦根模块能否正常工作,关键在于磁路设计:
    1、应使用N、S双磁极交替触发,两磁极间的距离要接近或大于传感器长度。例如在水表中可使用φ9.5 mm铁氧体磁环。亦可使用一对磁钢,两磁极之间距离一般不要小于9mm。
    2、磁体安装位置应使得磁力线方向平行于传感器敏感丝(参见触发方式和安装方法)。
    3、传感器敏感丝所处位置的触发磁感应强度应确保不小于最小值,而不宜大于最大值。要注意某些使用场合(例如热量表)磁体的磁场强度会随环境温度的升高而衰减,旋转部件可能会因机械磨损而使得磁体与传感器之间的距离变远,因此初始设计时要将触发磁感应强度设定在略大于最佳值附近。
    4、要注意磁屏蔽,防止周围杂散磁场的干扰。
    例:在电子水表和电子热量表应用中,目前多数厂家使用φ9.5mm配套铁氧体磁环(磁环为一对N、S磁极,表面最大磁感应强度为90 mT以上)。为减小机械磨损和温度对磁场的影响,确保仪表长期可靠运行,建议在设计时将触发磁场初始工作点设定在8~9 mT左右。据测量,此时磁环表面至传感器(模块)底面最适宜的距离为2.0 mm,最大不要超过2.5mm。
    二、电路设计
    当作为流量计量仪表的计数传感器应用时,为防止各种可能的干扰,确保计数准确,建议采取以下措施:
    1、零功耗磁敏传感器(韦根传感器)信号要经整形电路整形后再接入单片机。该整形电路可有效消除信号杂波,使得传感器工作更可靠。整形后,电路两输出端依次输出一对高低电平相反的标准方波,方波幅值为电路电源电压,宽度约为30μS,方波频率与触发磁场交变频率相同。本公司开发的WG504韦根模块就是将零功耗磁敏传感器(韦根传感器)与整形电路集成在一起,使用起来更方便。
    2、单片机两输入端应分别采集整形电路两输出端(即韦根模块两输出端)的信号,并且每当采集到一对高低电平时,后级计数器才加“1”。
    注意,如果只采集零功耗磁敏传感器(韦根传感器)半波信号或整形电路的一输出端信号,可能会造成误计数。
    3、每当采集到一个方波信号后的5mS内,单片机不要立即采集信号,软件安排单片机做其它工作。

零功耗磁敏传感器的原理

    零功耗磁敏传感器是利用韦根效应原理,用韦根特丝做成性能十分独特的磁敏传感器。
    韦根特(Wiegand)效应:韦根特丝是用一种坡莫合金或维卡合金制成的新型功能合金丝234,直径 0.3 毫米。经特殊加工后,成为有外壳和内芯二层结构组成。外壳和内芯具有不同的矫顽力,外壳需要加比内芯高很多的磁场才能使其改变磁极性方向。
    为了产生脉冲,采用两块磁场强度大小相等但极性相反的磁铁,形成工作磁场。磁铁首先将韦根特丝的外壳和内芯按同一方向进行排组。在这过程中,首先线芯的极性方向改变,然后外壳的极性方向发生改变。这一作用在检测线圈中产生了一个方向的电压脉冲输出。接着,将磁场旋转 180 度。韦根特丝将进入反向致偏状态时,首先内芯的极性改变,其次外壳的极性又随之改变为起始的方向。这一过程又产生了一个相反方向的电压脉冲。只要磁铁不断旋转,传感器就能发出一对对,一正一负的脉冲信号。

零功耗磁敏传感器的优点

    在其它各种磁敏传感器(如:霍尔器件、干簧管、半导体磁电阻、磁敏二极管、感应线圈式)中,没有任何一种能像零功耗磁敏传感器(零功耗磁敏传感器(韦根传感器))一样,同时具有以下多个优点:
    (1) 不用电源,便可输出3~5V电压脉冲,能直接驱动微处理器,特别适用于要求零功耗传感器的低功耗如:用干电池供电的)智能仪表;
    (2) 在0~20kHz的频响范围内,输出电压脉冲的幅度与宽度(约20μs)恒定,不随传感器与永磁体之间的相对运动速度变化,可实现超低速(“零速”)检测;
    (3) 传感器与永磁体间的工作距离大,可以达到15㎜,输出不低于3V;30㎜时,仍然可以输出100mV以上;
    (4) 工作温度范围宽达-196℃~+300℃;
    (5) 当外加激励磁场的极性发生跳变时,传感器才输出一个脉冲信号,这一特性使得零功耗磁敏传感器(零功耗磁敏传感器(韦根传感器))在工程应用中没有不稳定的临界状态,增强了抗干扰能力;
    (6) 输出脉冲幅度及宽度与传感器与外部磁铁之间的相对运动速度无关,始终保持恒定。

零功耗磁敏传感器的由来

    零功耗磁敏传感器是利用韦根效应研制开发出的磁敏传感器。
    1974年美国物理学家韦根特就发现:经过适当处理过的合金丝的金相会发生变化,其外壳矫顽力比内芯矫顽力大得多,依靠这种磁性的差异及一定的外加磁场条件,可以使内芯的磁化方向与外壳的磁化方向相同或相反,而且用确定的外磁场可以重复这种磁化改变。这种现象被称作“韦根效应”。

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