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在機電背景下使用磁阻式速度傳感器進行位置檢測有哪些優(yōu)點和缺點？

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開爾文勛爵在1857年發(fā)現(xiàn)了磁電阻，當(dāng)時他注意到當(dāng)他把一塊鐵放在磁場中時，它的電阻會發(fā)生輕微的變化。但過了100多年后，亨特才在1971年報告了第一個磁阻（MR）傳感器的概念。又過了20年，IBM才在1991年將第一個磁阻頭引入硬盤驅(qū)動器，它使用磁阻材料條來檢測比特。早些時候，磁阻傳感器被用于要求不高的價格標(biāo)簽和徽章閱讀器（只讀）和磁帶（1985年）的應(yīng)用。亨特元件的幾何形狀--一個具有感應(yīng)電流I和磁化矢量M的磁阻薄膜，在薄膜平面上對電流的信號決定角度。耦合到軟磁傳感器材料中的磁場Hy將改變條紋的電阻率，這是由感應(yīng)電流探測到的。

過渡金屬中的磁阻效應(yīng)的物理根源在于對電子散射的磁化方向的依賴，在過渡金屬中，電流的主要載體是4s電子，因為它們比3d電子有更高的遷移率。當(dāng)電子平行于磁化方向移動時，電子從s帶到d帶的散射被發(fā)現(xiàn)是最高的。磁阻執(zhí)行器和傳感器是利用氣隙中磁通量的變化來產(chǎn)生運動或檢測位置的設(shè)備。它們廣泛用于工業(yè)、汽車和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，但它們也有一些局限性和挑戰(zhàn)。
磁阻傳感器的工作原理
磁阻傳感器由一個繞有線圈的鐵磁芯和一個可改變磁芯與元件之間氣隙的可移動元件組成。氣隙影響磁路的磁阻或電阻，進而影響線圈的電感。通過測量線圈中感應(yīng)的電壓或電流，可以推斷出可移動元件的位置?？梢苿釉梢允谴盆F、鐵磁性物體或附有磁鐵的非磁性物體。
磁阻傳感器基本上可以分為兩組，在高場應(yīng)用中，例如所施加的場強足以使軟磁傳感器材料飽和（大致為H>10 kA/m），傳感器中的磁化矢量總是（幾乎）與所施加的場平行。磁阻式高場傳感器的一個常見應(yīng)用是非接觸式角度傳感器，在低場應(yīng)用中，磁化矢量主要由條帶的形式?jīng)Q定，因為磁化顯示出對縱向的自然偏好。外場導(dǎo)致磁化在條帶中的扭曲α，由于磁阻效應(yīng)而改變電阻。線性低場傳感器，通常在這種模式下工作。
磁阻傳感器的優(yōu)點
與光學(xué)、電容或超聲波傳感器等其他類型的位置傳感器相比，磁阻傳感器具有多項優(yōu)勢。這些優(yōu)勢包括穩(wěn)健性、簡單緊湊的設(shè)計、低成本、非接觸式和非侵入式操作、高分辨率和準(zhǔn)確性、快速響應(yīng)和寬帶寬。磁阻傳感器耐灰塵、污垢、濕氣和溫度變化，使其適用于惡劣的環(huán)境。它們只需要一個線圈和一個磁芯，無需電子設(shè)備或信號調(diào)節(jié)。此外，根據(jù)傳感器的設(shè)計和校準(zhǔn)，它們可以以極佳的線性度捕捉動態(tài)運動和振動。
磁阻傳感器的缺點
磁阻傳感器有一些缺點會限制其性能和適用性，例如對外部磁場和渦流的敏感性，這會導(dǎo)致信號中的噪聲和失真、大氣隙下的非線性特性、有限的范圍和靈敏度、遲滯和溫度影響，以及功耗和發(fā)熱問題。在某些應(yīng)用中，需要高靈敏度，有可能在沒有偏壓場的情況下工作。要做到這一點，必須對傳感器進行良好的預(yù)處理：在測量之前，通過一個短的磁脈沖在一個確定的X方向上翻轉(zhuǎn)磁化（預(yù)磁化）。為了防止在預(yù)磁化和測量之間的時間內(nèi)條紋磁化翻轉(zhuǎn)，外部場必須限制在大約小于0.5 kA/m。這些問題會影響傳感器的可重復(fù)性、穩(wěn)定性、可靠性和效率。
磁阻傳感器的應(yīng)用
磁阻傳感器在機電的各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，例如，它們可用于監(jiān)測轉(zhuǎn)子或電樞位置、換向角、扭矩或電機、發(fā)電機和變壓器中的磁鏈。它們還可以控制執(zhí)行器、閥門、螺線管和繼電器的沖程、力或壓力。此外，它們還可以檢測物體的存在與否、物體的距離或角度，或者工業(yè)、汽車和生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)中液體或氣體的液位。此外，它們還可以測量機械結(jié)構(gòu)和材料的固有頻率、阻尼比或振型。

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