磁傳感器和地磁傳感器

1.磁傳感器

磁傳感器是一種旨在測量磁場的大小和方向的傳感器。根據目的不同有多種傳感器，以下列舉典型的傳感器。

1.霍爾傳感器

基于霍爾效應測量磁通密度的傳感器，輸出與磁通密度成比例的電壓。

它易于使用，主要用于非接觸式開關應用，例如門和筆記本電腦等物體的打開和關閉檢測。

2.MR傳感器

MR（Magneto Resistance）傳感器也被稱為磁阻效應傳感器，利用物體電阻因磁場變化來測量地磁大小的傳感器。

靈敏度高于霍爾傳感器，功耗更低，因此是一種使用更廣泛的磁傳感器。除了電子羅盤等地磁檢測應用外，它還用于電機旋轉和位置檢測應用。

3.MI傳感器

MI（Magneto Impedance）傳感器是下一代磁傳感器，采用特殊的非晶絲并應用了磁阻抗效應。

它的靈敏度比霍爾傳感器高出10,000倍以上，并且可以高精度地測量地磁的微小變化。

可以應用于超低消耗電流的方位檢測（電子羅盤），還可應用于室內定位、金屬異物檢測等高靈敏度特性的應用。

2.地磁傳感器

地球被磁場磁力所包圍，這被稱為地磁。地磁傳感器是檢測地球磁力的傳感器，也被稱為“電子羅盤”。地磁傳感器可以通過檢測地磁來檢測方向。說起電子羅盤，大家應該更熟悉吧。簡而言之，就是作為指南針，可以了解朝向方位的傳感器。地磁傳感器分為2軸(XY軸)型和3軸(XYZ軸)型。

地磁傳感器有X和Y兩軸型以及添加了Z的三軸型，并測量各方向上的磁力值。

如果不考慮諸如簡單羅盤之類的傾斜，則僅使用X軸和Y軸的值。當考慮傾斜時，需要將地磁傳感器的3軸值與加速度傳感器相結合，將其校正到正確的方向。

下圖顯示了地磁傳感器水平旋轉時X和Y值的分布。

如果地磁傳感器水平旋轉，在不受周圍磁場影響的理想情況下，輸出分布圖的圓心變為零。

然而，實際上中心因環境磁場的影響而移動，因此需要進行調整以將圓心移動到零。

地磁傳感器導出的北極稱為磁北（略偏離北極）。通過上述方程式計算該磁北的角度，可以容易知道方向。

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霍爾傳感器和霍爾開關

1.霍爾傳感器元件

霍爾元件是一種基于霍爾效應的磁傳感器，已發展成一個品種多樣的磁傳感器產品族，并已得到廣泛的應用。本文簡要介紹其工作原理， 產品特性及其典型應用。

霍爾器件是一種磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關的場合中使用。霍爾器件以霍爾效應為其工作基礎。

作用原理：當電流通過一個位于磁場中的導體時，磁場會對導體中的電子產生一個垂直于電子運動方向上的的作用力，從而在導體的兩端產生電勢差。主要運用在翻蓋解鎖、合蓋鎖定屏幕等功能當中，蘋果的Smart cover還有多個品牌的官方手機配件，都運用了這項技術。

霍爾器件具有許多優點，它們的結構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。

霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高（可達μm級）。取用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達－55℃～150℃。

按照霍爾器件的功能可將它們分為: 霍爾線性器件 和 霍爾開關器件 。前者輸出模擬量，后者輸出數字量。

按被檢測的對象的性質可將它們的應用分為：直接應用和間接應用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉數、轉速以及工作狀態發生變化的時間等，轉變成電量來進行檢測和控制。

霍爾元件也可以分成四個類型：單極，雙極，全極，線性這四種,

2.霍爾開關

通有電流的金屬或半導體薄片垂直地放在磁場中時，薄片的兩端就會產生電位差，這種現象就稱為霍爾效應。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢U，其表達式為U=K·I·B/d，其中K為霍爾系數，I為薄片中通過的電流，B為外加磁場(洛倫慈力Lorrentz)的磁感應強度，d是薄片的厚度。

由此可見，霍爾效應的靈敏度高低與外加磁場的磁感應強度成正比的關系。霍爾元件屬于這種有源磁電轉換器件，是一種磁敏元件。它是在霍爾效應原理的基礎上，利用集成封裝和組裝工藝制作而成，它可方便的把磁輸入信號轉換成實際應用中的電信號，同時又具備工業場合實際應用易操作和可靠性的要求。

霍爾開關就是利用霍爾元件的這一特性制作的，它的輸入端是以磁感應強度B來表征的，當B值達到一定的程度(如B1)時，霍爾開關內部的觸發器翻轉，霍爾開關的輸出電平狀態也隨之翻轉。

輸出端一般采用晶體管輸出，和其他傳感器類似有NPN、PNP、常開型、常閉型、鎖存型(雙極性)、雙信號輸出之分。霍爾開關具有無觸電、低功耗、長使用壽命、響應頻率高等特點，內部采用環氧樹脂封灌成一體化，所以能在各類惡劣環境下可靠的工作。

當磁性物件移近霍爾開關時，開關檢測面上的霍爾元件因產生霍爾效應而使開關內部電路狀態發生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進而控制開關的通或斷。這種接近開關的檢測對象必須是磁性物體。

霍爾開關在物聯網方面設計使用越來越多，尤其在一些智能表計領域，常用于復位激活功能。霍爾開關是一種有源磁電轉換器件，它是在霍爾效應原理的基礎上把磁輸入信號轉換為電信號。可以把它理解為“磁性開關”。霍爾開關這種非接觸式觸發對產品一體性具有很大的優勢。

內部框圖

霍爾開關IC內部集成了霍爾電壓發生器，放大器，施密特觸發電路，晶體管輸出電路，其數字輸出干凈平穩，不會發生開關跳躍及抖動（機械開關的固有問題）。

霍爾開關的分類

按照感應方式通常分為三大類：單極霍爾開關、雙極霍爾開關、全極霍爾開關，如下：

1）單極性霍爾開關

單極霍爾元件只感應磁鐵某一個磁極，絕大多數單極霍爾IC對S極敏感，即當S極靠近有標記面時，霍爾IC導通（輸出低）；當S極撤離后，霍爾關閉（輸出高）。

感應方式：磁場的一個磁極靠近它，輸出低電平信號，磁場磁極離開它輸出高電平信號，但要注意的是，單極性霍爾開關它會指定某磁極（N極/S極）感應才有效。

2）雙極性霍爾開關

雙極霍爾IC對磁鐵的S，N極都敏感，當S極接近有標記的面，且磁場達到某一強度，霍爾輸出導通（低電平）；S極撤離后，輸出保持導通狀態；只有當N極接近有標記的面，且磁場達到某一強度，霍爾輸出截止（高電平）；N極撤離后，霍爾保持截止狀態。由于磁場撤離后（磁場強度為0），霍爾保持原狀態，類似鎖存器的記憶功能，因此稱此類霍爾IC為鎖存型霍爾IC、鎖定型霍爾IC。

感應方式：磁場有N/S兩個磁極，兩個磁極分別控制雙極性霍爾開關的開和關（高低電平），它一般具有鎖定的作用，也就是說當磁極離開后，霍爾輸出信號不發生改變，直到另一個磁極感應。

單極霍爾開關和鎖存霍爾開關區別在磁參數上：

單極霍爾開關插件常用S極（磁鐵的南極）去觸發霍爾。磁鐵靠近霍爾的輸出（信號）改變，磁鐵遠離霍輸出有電壓，磁鐵離開后輸出無電壓。

鎖存開關霍爾：用兩個磁極去觸發霍爾。用磁鋼的S極靠近霍爾，霍爾的輸出（信號）改變；再用磁鋼的N極靠近霍爾，霍爾的輸出（信號）恢復初始狀態，鎖存霍爾開關帶有鎖存記憶功能，當S極靠近再離開后，保持現狀，必須要N極來靠近下才會改變原先輸出狀態。

3）全極性霍爾開關

全極性霍爾IC是較新出現的類型，等同對待S極和N極，也被稱為無極性霍爾IC。一般情況下，任何一個磁極面向標記面且施加的磁感應強度B超過工作點（BOP）（即|B|>BOP），輸出導通，輸出由高變低。

當磁感應強度減弱低于釋放點（BRP）（即|B|<brp）或撤除（b=0）時，輸出關斷，輸出由低變高。也有部分與以上輸出狀態相反的全級霍爾ic。全級< span="">霍爾IC這一類似干簧管的特性，在許多場合用于替換干簧管以提高可靠性。brp）或撤除（b=0）時，輸出關斷，輸出由低變高。也有部分與以上輸出狀態相反的全級霍爾ic。全級<>

感應方式：全極性霍爾開關的感應方式與單極性霍爾開關的感應方式相似，區別在于單極性霍爾開關會指定磁極，全極性霍爾開關不會指定磁極，任何磁極靠近輸出低電平信號，離開輸出高電平信號。

霍爾開關參數

1）磁通量密度

磁通量密度主要指磁場強度用B來表示，單位是高斯（Gauss）或特斯拉（tesla)（1G=0.1mT）。當磁通量密度增大到一定值時，霍爾開關開始動作輸出低電平的工作點，該點對應的磁通量密度稱為工作點--BOP。當繼續提高磁場強度時不會影響開關狀態會一直保持打開。下圖中當磁通量密度達到240G時，霍爾開關輸出低電平。

由于磁滯作用的影響，如果關掉上圖中的和霍爾開關需要使磁通量密度低于240G工作點，如下圖所示：存在90G磁滯，當磁通量密度減小到150G時，霍爾開關關斷。此時磁通量密度的數值稱為釋放點—BRP .