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    什么是磁力計?

    發布時間:2023-05-13 責任編輯:lina

    【導讀】磁力計是可以測量磁場大小或方向的設備。它們在電子產品中幾乎無處不在。它們可能像您的智能手機用來檢測它是否直立的那樣簡單,也可能像 NASA 用來測量火星磁場的那樣復雜。 


    磁力計是可以測量磁場大小或方向的設備。它們在電子產品中幾乎無處不在。它們可能像您的智能手機用來檢測它是否直立的那樣簡單,也可能像 NASA 用來測量火星磁場的那樣復雜。 

    在這里,我們將了解磁力計的基本原理及其應用。在以后的文章中,我們將仔細研究特定類型的磁力計。

    磁力計如何工作?

    磁力計通常通過間接方法測量所謂的磁矩。具有面積 A 和電流 I 的閉環的磁矩是一個矢量,其大小等于 I 乘以 A。該環路經歷的扭矩等于磁矩乘以磁場。

    在數學上,磁矩表示如下:

    τ = 扭矩 
    m = 磁矩
    B = 外部磁場

    作為矢量,磁場的方向與其振幅一樣重要。一些磁力計可以測量磁場的方向和大小(矢量磁力計),而其他磁力計只能測量其幅度(標量磁力計)。

    關于單位,國際系統 (SI) 單位是 Am 2。然而,它通常以許多其他單位表示,例如$$frac{erg}{G}$$,其中 erg 是一個能量單位,相當于 10 -7 焦耳,G 是一個 高斯。

    磁力計和磁滯曲線

    當磁性材料浸入磁場中時,其特性會發生變化。根據這些材料在施加磁場之前和之后對磁場的反應方式,它們分為順磁性、抗磁性或鐵磁性材料組。除此之外,還有非磁性材料,它們具有弱磁性。

    表示磁性能的工具是磁滯曲線。它表示磁通密度 B 與磁場強度 H 的關系。


    什么是磁力計?
    圖 1. 滯后曲線示例。圖片由NDT 資源中心提供


    磁性材料顯著的方面是,即使我們移除所施加的力,它們仍保持磁化狀態(即,它們表現出保持性)。然后,為了使材料返回到初始點,需要施加負磁場強度 (H) 使其消磁(矯頑力)。

    由于磁性材料的特殊性及其廣泛的應用,以良好的分辨率測量其性能的能力帶來了物理和材料領域的革命。

    高靈敏度電子測量

    與許多其他傳感器一樣,磁性傳感器伴隨著一組電子系統,以便處理小電信號并生成微控制器、處理器或人類可讀的輸入。這些系統的設計和構建是一項挑戰,因為在大多數情況下,信號非常小并且對噪聲非常敏感。因此,設計人員需要在電路復雜性、傳感器容量和成本之間取得平衡。 

    有一些經常使用且相對簡單的組件,例如濾波器或放大器,但也有其他更復雜的組件,例如調制解調鏈或鎖定放大器。 

    隨著小型化的進展,經常會發現部分模擬調理電路在信號鏈中的集成電路 (IC) 內實現,因為與分立解決方案相比,它更不易出錯且更緊湊。


    什么是磁力計?
    圖 2. 霍爾傳感器 IC 的內部零件。圖片由Allegro提供


    另一方面,集成解決方案的靈活性可能較低。在特定或新穎的應用中工作時,設計人員可能更喜歡分立式選項,因為他們可能需要開發新的調節鏈。

    磁力計應用

    磁力計廣泛用于日常應用中。通常,復雜的傳感器是為高度化的實驗室保留的,例如斯特拉斯堡的材料物理和化學。這種磁力計可以包括振動樣本磁力計、SQUID 磁力計和 AGFM(替代梯度場磁力計)等。

    霍爾效應傳感器廣泛用于強磁場應用。它們的應用是電機驅動應用中的運動檢測和控制。


    什么是磁力計?
    圖 3. 霍爾傳感器 IC。圖片由 Microchip 提供


    通常會放置一些傳感器,通常是兩個或三個,在空間上分布在電機軸周圍,觸發傳感器的金屬部件位于它們前面。每次金屬部件經過傳感器前面時,它們都會生成方波或正弦信號,用于計算速度或位置。

    MEMS 磁力計在市場上也很容易找到。它們通常是慣性運動單元 (IMU) 的一部分,用于測量加速度、角速度和磁場。STMicroelectronics 的 eCompasses等模型可以集成在 PCB 中,然后連接到濾波器或微控制器等其他部件。您可能會發現這些磁力計用于智能手機屏幕中的運動檢測等應用,可根據其水平或垂直方向自動調整顯示屏的信息。 


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