磁傳感器的應用與市場

磁傳感器的應用十分廣泛，已在國民經濟、國防建設、科學技術、醫療衛生等領域都發揮著重要作用，成為現代傳感器產業的一個主要分支。在傳統產業應用和改造、資源探查及綜合利用、環境保護、生物工程、交通智能化管制等各個方面，它們發揮著愈來愈重要的作用。下面就一些重要方面的應用作一論述。 磁傳感器已經在許多領域獲得了產業性的應用，每年所需用的磁傳感器的總數量以數十億計。
1.1 電機工業
無刷電動機具有體積小、重量輕、效率高、調速方便、維護少、壽命長、不產生電磁干擾等一系列優點，年需求量數以億計。
在無刷電動機中，用磁傳感器來作轉子磁極位置傳感和定子電樞電流換向器。許多磁傳感器，霍爾器件、威根德器件、磁阻器件等都可以使用，但大量使用的，主要是霍爾器件。
電機的轉速檢測和控制使用了的旋轉編碼器，過去多用光編碼器。磁編碼器的使用顯示出越來越多的優點，正在逐漸取代光學器件。使用磁傳感器還可以對電機進行過載保護(主要用霍爾電流傳感器)及轉矩檢測。
1.2 電力電子技術
電力電子表技術是電力技術和電子技術的結合，可實現交直流電流的相互變換，并可在所需的范圍內實現電流、電壓和頻率的自由調節。采用這些技術和產品，可做成各種特殊電源(如UPS、高頻電源、開關電源、弧焊機逆變電源等)和交流變頻器等產品(交流變頻器用于電機調速，節能效果極好)。這些變流裝置的核心，是大功率半導體器件。以磁傳感器為基礎的各種電流傳感器被用來監測、控制和保護這些大功率器件?；魻栯娏鱾鞲衅黜憫俣瓤?，且依靠磁場和被控電路耦合，不接入主電路，因而功耗低，抗過載能力強，線性好，可靠性高，既可作為大功率器件的過流保護驅動器，又可作為反饋器件，成為自控環路的一個控制環節。使用變流技術可以大量節能，國外使用的電能95%是經過變換來的，國內變流技術雖已受到高度重視，但僅有5%的電能經過這種變換，可見具有巨大的應用前景。其中，可能吸納大量的電流傳感器，是磁傳感器的又一巨大的產業性應用領域。
1.3 能源管理
電網的自動檢測系統需采集大量的數據，經計算機處理之后，對電網的運行狀況實施監控，并進行負載的分配調節和安全保護。自動監控系統的各個控制環節，都可用以磁傳感器為基礎的電流傳感器、互感器等來實現?；魻栯娏鱾鞲衅饕阎鸩皆陔娋W系統中得到應用。用霍爾器件作成的電度表已從研制逐步轉向實用化，它們可自動計費并可顯示功率因數，以便隨時進行調整，保證高效用電。
1.4 計算機技術與信息讀寫磁頭
磁信息記錄裝置除磁帶、磁盤等之外，還有磁卡、磁墨水記錄帳冊、鈔票的磁記錄等，對磁信息存儲和讀出傳感器有巨大需求。感應磁頭，薄膜磁阻磁頭，非晶磁頭等都獲得了大量的使用。隨著記錄密度的提高，例如高到100G字節，需要更高靈敏度和空間分辨力的磁頭。以多層金屬薄膜為基礎的巨磁阻磁頭、用非晶合金絲制作的非晶合金磁頭、巨磁阻抗磁頭等正展開激烈的競爭。
1.5 汽車工業
在汽車中，使用大量的電機(高級汽車每輛約需40～60臺電機，一般汽車中也有15臺，這些電機呈現出無刷化趨勢)，其中使用磁傳感器的數量之大，不言而喻;另一個大量使用磁傳感器的是汽車的ABS系統(防抱制動系統)，平均每臺汽車要使用4～6只速度傳感器，使用的主要是感應式速度傳感器。正在逐步推廣的新型的霍爾齒輪傳感器，以及威氏器件、非晶器件、磁阻器件等即將進入這一領域。
另外是汽車發動機系統點火定時用的速度傳感器及點火器。這些方面也主要使用感應傳感器?；魻桚X輪傳感器和霍爾片開關已經在一些車型中使用。據霍尼威爾公司報導，截止1996年6月，他們已向汽車工業供應了8000萬只霍爾翼片開關和300萬只霍爾齒輪速度傳感器。據預測，未來在一輛汽車中，將采用30多只象霍爾傳感器那樣的磁傳感器。
還有在工業自動控制、機器人、辦公自動化、家用電器及各種安全系統等領域，除大量使用無刷直流電機，交流變頻器等之外，在電冰箱、空調器、電飯煲等裝置中，使用了大量的磁性溫度控制器，上世紀80年代中期已經超過數億只。 據報道，1995年僅工業過程控制傳感器的全球市場已達到260億美元;2001年計算機HDD用SV-GMR磁頭的市場超過了4000億日元(約合34億美元)。若采用新型微型磁傳感器，既使操作更簡便，又提高了可靠性，增長了器件壽命，降低了成本。
使用新型磁傳感器可以顯著提高測量和控制精度，如使用GMI(巨磁阻抗)磁場傳感器，檢測分辨率和常用磁通門磁強計一樣，而響應速度卻快了一倍，消耗功率僅為后者的1%;若用霍爾器件，其分辨率僅4A/m，而所需外場比前者高300余倍;在應力檢測中，SI 傳感器的靈敏度是常用電阻絲的2000倍高，是半導體應變規的20～40倍。工業機床的油壓或氣壓汽缸活塞位置檢測，廣泛采用套在活塞桿上的永磁環和AMR元件組成的磁傳感器，檢測精度達0.1mm，檢測速度可在0～500mm/s內以高低速度變換;改用GMI或SV-GMR傳感器后，測量精度至少可以提高1個數量級。在機床數控化時代，數字磁尺幫助設計師們實現了閉環控制。使用絕對信號輸出的磁尺，則不受噪聲、電源電壓波動等干擾，也不必原點復位。使用工作狀態磁敏開關，還可以完成手動與數控之間的轉換。
旋轉磁編碼器在旋轉量的檢測控制中起關鍵作用，它在數控機床、機器人、工廠自動化設備的位置檢測、傳輸速度控制，磁盤、打印機之類的自動化設備通訊設備的旋轉量檢測中都是不可缺少的重要部件。其檢測對象是光磁圖形，不受油霧粉塵的影響，因此比目前最先進的光編碼器的可靠性高壽命長，尤其適合于自動焊接、油漆機器人和與鋼鐵有關的位置檢測以及各種金屬、木材、塑料等加工行業的應用。而仍大量使用光編碼器，由于這種器件易受粉塵、油污和煙霧的影響，用在自動焊接、油漆機器人、紡織和鋼鐵、木料、塑料等的加工中，可靠性極差。應用AMR、GMR 、GMI敏感元件構成的旋轉磁編碼器，就不存在上述缺點，因此，它們的市場需求年增長率在30%以上。在家用電器和節能產品中也也有其廣泛的應用潛力，在節能環保產品中也大有用武之地。若使用微型磁編碼器和控制微機一體化，更有利于簡化控制系統結構，減少元件數和占空體積，這在精密制造和加工業中意義十分重大。 幾個世紀以來，人們在導航中一直使用磁羅盤。有資料顯示早在二千多年前中國人就開始使用天然磁石-一種磁鐵礦來指示水平方向。電子羅盤(數字羅盤，電子指南針，數字指南針)是測量方位角(航向角)比較經濟的一種電子儀器。如今電子指南針廣泛應用于汽車和手持電子羅盤，手表，手機，對講機，雷達探測器，望遠鏡，探星儀，穆斯林麥加探測器(穆斯林鐘)，手持 GPS 系統，尋路器，武器/導彈導航( 航位推測 )，位置/方位系統，安全/定位設備，汽車、航海和航空的高性能導航設備，電子游戲機設備等需要方向或姿態顯示的設備。
地球本身是一個大磁鐵，地球表面的磁場大約為0.5Oe，地磁場平行地球表面并始終指向北方。利用GMR薄膜可做成用來探測地磁場的傳感器。圖5顯示這種傳感器的具體工作原理。我們可以制出能夠探測磁場X和Y方向分量的集成GMR傳感器。此傳感器可作為羅盤并應用在各種交通工具上作為導航裝置。美國的NVE公司已經把GMR傳感器用在車輛的交通控制系統上。例如，放置在高速公路邊的GMR傳感器可以計算和區別通過傳感器的車輛。如果同時分開放置兩個GMR傳感器，還可以探測出通過車輛的速度和車輛的長度，當然GMR也可用在公路的收費亭，從而實現收費的自動控制。另外高靈敏度和低磁場的傳感器可以用在航空、航天及衛星通信技術上。大家知道，在軍事工業中隨著吸波技術的發展，軍事物件可以通過覆蓋一層吸波材料而隱蔽，但是它們無論如何都會產生磁場，因此通過GMR磁場傳感器可以把隱蔽的物體找出來。當然，GMR磁場傳感器可以應用在衛星上，用來探測地球表面上的物體和底下的礦藏分布。
以上只述及了部分應用的方面，限于篇幅不再詳述了。

上一文章：氣缸上的那種磁性傳感器的原理是什么？

下一文章：磁傳感器的發展趨勢