Датчики магнитного поля

Среди датчиков магнитного поля различают датчики трех типов, использующие различные физические эффекты, а именно: магниторезистивные датчики, датчики Холла и датчики Виганда.

В общем случае датчики магнитного поля отли­чаются простотой устройства и связанной с этим на­дежностью. Благодаря таким свойствам они особенно пригодны для применения в автомобилях и в бытовой технике. Важными и интересными применениями маг­нитных датчиков являются, например, измерения по­ложения, скорости вращения, давления и линейной скорости.

Магниторезистивные датчики. Некоторые ферромагнитные материалы, например пермаллой (80 % Ni и 20 % Fe), изменяют свое электрическое сопротивление при воздействии магнитного поля. Степень этого изменения зависит от величины напряженности магнитного поля и угла между вектором напряженности и направлением тока. С по­мощью современной тонкопленочной технологии можно изготовить небольшие и очень дешевые магниторезистивные датчики.

Они состоят из резистивного элемента в форме меандра (рисунок 4.12) сопротивлением от 30 Ом до 1 кОм. Поскольку получать сигнал с помощью таких датчиков наиболее целесообразно в мостовой схеме, в датчике располагают две меандровые структуры (H/В)различной ориентации. На рисунок 4.12, б продемонстрирована возможность применения такого датчика для измерения скорости

Рисунок 4.12 – Чувствительный элемент магниторезистивного датчика (а), устройство для измерения скорости вращения или числа оборотов датчиком с магниторезистивным элементом (б), измерительная схема (в) и форма сигнала на выходе (г)

Датчики Холла. Датчики магнитного поля, использующие эффект Холла, относятся к активным датчикам, так как они сами вырабатывают измерительное напряжение, свя­занное с магнитным полем. На рисунок 4.13 схемати­чески показаны устройство и принцип действия датчика Холла.

Под действием тока 1 и магнитной индукции В, векторы которых взаимно перпендикулярны, на обкладках датчика возникает измерительное напряжение U_h. Величина этого напряжения зависит от геометрии (длины l и толщины d) датчика, тока I, коэффициента Холла R _h и магнитной индукции В. Материалом для изготовления датчика Холла чаще всего служат кремний, арсенид индия (InAs) и антимонид индия (InSb).

Рисунок 4.13 – Принцип действия холловского чувствительного эле­мента (а), устройство датчика перемещения с холловским чувствительным элементом (б) и изменение сигнала в зависимости от перемещения (в)