手机地磁传感器:地磁传感器

2021/10/30 06:15 · 传感器知识资讯 ·  · 手机地磁传感器:地磁传感器已关闭评论
摘要:

手机地磁传感器:地磁传感器地磁传感器打印本頁WeiboweChat分享到微信朋友圈打开微信,点击右上角的”+”,使用”扫一扫”即可将网页分享至朋友圈。何谓地磁传感器?地球被磁场磁力所包围,这被称为地磁。地磁传感器是检测地球磁力的传感器,

手机地磁传感器:地磁传感器

地磁传感器

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何谓地磁传感器?
地球被磁场磁力所包围,这被称为地磁。
地磁传感器是检测地球磁力的传感器,也被称为“电子罗盘”。
地磁传感器可以通过检测地磁来检测方向。
【围绕地球的地磁】
地磁传感器有X和Y两轴型以及添加了Z的三轴型,并测量各方向上的磁力值。
如果不考虑诸如简单罗盘之类的倾斜,则仅使用X轴和Y轴的值。当考虑倾斜时,需要将地磁传感器的3轴值与加速度传感器相结合,将其校正到正确的方向。
下图显示了地磁传感器水平旋转时X和Y值的分布。
如果地磁传感器水平旋转,在不受周围磁场影响的理想情况下,输出分布图的圆心变为零。
然而,实际上中心因环境磁场的影响而移动,因此需要进行调整以将圆心移动到零。
地磁传感器导出的北极称为磁北(略偏离北极)。通过上述方程式计算该磁北的角度,可以容易知道方向。
各类磁传感器
磁传感器是一种旨在测量磁场的大小和方向的传感器。
根据目的不同有多种传感器,以下列举典型的传感器。

检测方法
霍尔
MR
MI

构成

抗噪声
(灵敏度)
×

消耗电流
×

响应速度
×

霍尔传感器
基于霍尔效应测量磁通密度的传感器,输出与磁通密度成比例的电压。
它易于使用,主要用于非接触式开关应用,例如门和笔记本电脑等物体的打开和关闭检测。
MR传感器
MR(Magneto Resistance)传感器也被称为磁阻效应传感器,利用物体电阻因磁场变化来测量地磁大小的传感器。
灵敏度高于霍尔传感器,功耗更低,因此是一种使用更广泛的磁传感器。除了电子罗盘等地磁检测应用外,它还用于电机旋转和位置检测应用。
MI传感器
MI(Magneto Impedance)传感器是下一代磁传感器,采用特殊的非晶丝并应用了磁阻抗效应。
它的灵敏度比霍尔传感器高出10,000倍以上,并且可以高精度地测量地磁的微小变化。
可以应用于超低消耗电流的方位检测(电子罗盘),还可应用于室内定位、金属异物检测等高灵敏度特性的应用。
地磁传感器至产品详细网页
传感器(Sensor)

脉搏传感器
手机地磁传感器:地磁传感器  第1张

手机地磁传感器:地磁传感器_1

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地磁传感器
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地磁传感器可用于检测车辆的存在和车型识别。数据采集系统在交通监控系统中起着非常重要的作用,地磁传感器是数据采集系统的关键部分,传感器的性能对数据采集系统的准确性起决定作用。
中文名
地磁传感器
外文名
geomagnetic sensor
领 域
测绘科学与技术
用 途
检测车辆的存在和车型识别
地 位
数据采集系统的关键部分
优 点
方便、准确等
目录
1
开发背景
2
原理
3
优点
4
功能
5
应用
地磁传感器开发背景
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语音
地磁场是地球的固有资源,为航空、航天、航海提供了天然的坐标系,可应用于航天器或舰船的定位定向及姿态控制。利用地球磁场空间分布的磁导航技术简便高效、性能可靠、抗干扰,是发达国家不可缺少的基本导航定位手段之一,如自动化程度很高的波音飞机都装载有磁导航定位系统。
[1]
随着经济的飞速发展,基础设施的投资力度越来越大,表现之一就是道路建设。但是由于道路建设周期一般较长,其增长远远跟不上车辆的急剧增长,使得交通状况日益恶化,这几乎成为所有城市的通病。改变这种交通现状的有效解决办法就是在城市交通管理部门建立完善的交通监控系统。交通监控系统的主要目标是适应动态交通状况的变化。即通过采集交通数据并将其传输到交通管理中心,在中心进行分析,根据分析结果,中心通过控制车辆出入和信号灯,从而更好地管制交通;中心还可以利用这些数据在发生交通事故时迅速采取措施。同时管理中心可把采集的交通数据传给司机,这有助于减缓交通拥挤,优化行车路线。运用交通监控系统可以提高现有道路的通行能力,协调处理突发性交通事件,缓和交通阻塞,从而改善交通状况。
地磁传感器原理
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语音
各向异性磁阻传感器由薄膜合金( 透磁合金) 制成,利用载流磁性材料在外部磁场存在时电阻特性将会改变的基本原理进行磁场变化的测量。当传感器接通以后,假设没有任何外部磁场,薄膜合金会有一个平行于电流方向的内部磁化矢量。
[2]
“地磁传感器”的工作原理是当驾驶员将车辆停在车位上,“地磁传感器”将自动感应车辆的停车时间,将时间传送到中继站进行计费,市民直接用银行卡在POS机上缴费。同时利用该设备摄像功能,不交费的车辆进行拍照,并将这些车辆信息录入有关网站,对逃费车辆采取一定措施。
地磁传感器优点
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一.安装、维修方便,不必封闭车道、对路面破坏小,当在检测点吊架或侧面安装时不用破坏路面,维修时只需检查地磁传感器即可;检测点不易遭到破坏,不受路面移动影响;二.地磁传感器是利用地球磁场在铁磁物体通过时的变化来检测,所以它不受气候的影响;三.通过对灵敏度的设置可以识别铁磁性物体的大小,可以大致判断出车辆的类型;四.对非铁磁性物体没有反应,因此可以有效地减少误检。
地磁传感器功能
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语音
地磁传感器的功能是相当强大的:当驾驶员把车辆停在车位上,地磁传感器能自动感应车辆的到来并开始计时;待车辆要离开时,传感器会自动把停车时间传送到中继站进行计费。因此,解决停车收费效率低下,曾经是地磁传感器的优势之一。停车场路边竖立着3个类似天线的装置来接收、传导传感器的信息,据介绍,这3个感应装置能够覆盖整个停车点的占地区域。美国PNI磁传感器就是应用在停车场里的一个磁传感器。随着磁传感器的的发展,越来越多的领域用到磁传感器了。从防、航空航天到国民经济各个部门,从医疗卫生到类日常生活的诸多方面,都用到了这种磁传感器。
地磁传感器应用
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语音
地磁传感器可用于检测车辆的存在和车型识别。利用车辆通过道路时对地球磁场的影响来完成车辆检测的传感器与常用的地磁线圈(又称地感线圈)检测器相比,具有安装尺寸小、灵敏度高、施工量小、使用寿命长,对路面的破坏小(有线安装只需要在路面开一条5毫米宽的缝,无线安装只需要在路面打一个直径55 毫米深150毫米的洞,当在检测点吊架或侧面安装时不用破坏路面)等优点,在智能交通系统的信息采集中必将起到非常重要的作用。
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2018-08-230
参考资料
1.

孙鑫. 基于巨磁阻抗效应磁测传感器及地磁匹配算法研究[D].哈尔滨工业大学,2008.
.中国知网.2008-06-01[引用日期2017-11-22]
2.

张嵩,刘得军,李辉,马中华,杨帆. 各向异性磁阻传感器在地磁探测中的应用[J]. 自动化仪表,2011,32(11):53-55.
.中国知网.2011-11-20[引用日期2017-11-22]
手机地磁传感器:地磁传感器  第2张

手机地磁传感器:手机地磁传感器有什么用_手机用地磁传感器技术路线对比分析

  地磁传感器概述
  地磁传感器(电子罗盘),也叫数字指南针,是利用地磁场来定北极的一种方法。古代称为罗经,现代利用先进加工工艺生产的磁阻传感器为罗盘的数字化提供了有力的帮助。
  现在一般有用磁阻传感器和磁通门加工而成的电子罗盘。虽然GPS在导航、定位、测速、定向方面有着广泛的应用,但由于其信号常被地形、地物遮挡,导致精度大大降低,甚至不能使用。尤其在高楼林立城区和植被茂密的林区,GPS信号的有效性仅为60%。并且在静止的情况下,GPS也无法给出航向信息。为弥补这一不足,可以采用组合导航定向的方法。
  电子罗盘产品正是为满足用户的此类需求而设计的。它可以对GPS信号进行有效补偿,保证导航定向信息100%有效,即使是在GPS信号失锁后也能正常工作,做到丢星不丢向。
  
  手机地磁传感器有什么用
  智能手机指南针功能是利用地磁场与手机内置地磁传感器,来实现地理方向定位的,指南针指针方向有变化,说明地磁场与手机内置传达室感器已起作用,只是方向相反,此情况有可能受外界强磁场干扰所致,比如某个位置有强磁场,或其它外界因素与地磁场相反,就可能导致受此磁场影响。
  紶酣官叫擢既规习海卢这个时侯可以更换一个位置或者手机平放按8字形移动,以校准指南针。
  
  手机用地磁传感器技术路线大比拼
  一、室内导航运用将推动地磁传感器从豪配成标配
  以往磁传感器在手机中的应用,主要是用在指南针和一些游戏中,最多是用到GPS的惯性导航。所以在客户和一些手机厂家看来,地磁传感器都是一个可有可无的“奢侈品”,一直是高端手机才有的东西。
  可是,一项新的应用将大大推动地磁传感器成为手机的必配产品。这就是室内导航。目前已有谷歌、高德等传统的地图厂商建立数据库,以推动室内导航这一基于LBS(LocaTIon Based Services)的位置服务。
  二、室内导航有什么用呢
  当一个智能手机用户需要购买名牌香薰,又或者用餐时想吃泰国菜,这在类似正佳广场那样庞大、复杂又容易迷路的购物中心,并不是易事。这时该用户只需启动室内导航软件,就可以顺利找到需要的餐厅和商铺。同样,如果要在大型超市寻找走散的同伴(或孩子等),也并不复杂,同样地采用室内导航便可以完成。在导航的过程中,用户通过手机屏幕,能看见的不仅仅是路线,而是各商家打折信息和促销推介。购物中心的商家可以在这个导航软件中做广告,宣传自己的商品,直接促进消费购物。购物中心还可以利用物联网来分析每个客户的停留时间和关注的物品。显然,不论是地图软件商还是购物中心,这都是一笔不少的收入。
  
  三、磁传感器的发展及主要技术路线
  人们对磁传感器并不陌生,中国四大发明中的指南针就是最早的磁传感器应用之一。虽然磁传感器有一千多年的历史,但它的广泛应用却是在二十世纪的电子时代,其中每一次革命性的发展都是被一个极具生命力的应用所驱动的。六十年代汽车的普及和自动化,带动了由磁传感器作为核心的无需接触且具有超强可靠性的位置控制和开关控制装置的发展,从而使霍耳元件和感应线圈技术制造的磁传感器得到大规模生产化,提高了集成度和降低了成本。八十年代电脑开始进入普通家庭,电脑存储硬盘使用的读写磁头是一种特殊环境下的磁传感器,需求的增加以及对存储密度的超高追求,使得磁头在过去的二十年呈现飞速发展,也带动了巨磁阻(GMR)和隧道磁阻(TMR)技术的发现和各种磁阻类磁传感器的开发和大规模生产。
  磁传感器是将由磁场、应力、应变、温度、光等引起的磁特性变化,转换成电信号进行检测的装置。现在用于手机的磁传感器技术路线主要有几种。目前,可用于检测地磁场分布变化的技术原理主要有:
  1、霍尔(HALL)效应:通过电流的半导体在垂直电流方向的磁场作用下,在与电流和磁场垂直的方向上形成电荷的积累而出现电势差。
  2、电磁感应:线圈切割地磁场的磁力线则将在线圈的两端产生感应电动势。
  3、磁阻(XMR)效应:物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。目前,应用广泛的磁阻元件包含:各向异性磁阻(AMR)、巨磁阻(GMR)、以及隧道磁阻(TMR)。
  各向异性磁阻(AMR):AMR磁传感器是由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成。当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流,而垂直于电流方向施加一个外界磁场时,合金带自身的阻值会生较大的变化,利用合金带阻值这一变化,可以测量磁场大小和方向。
  巨磁阻(GMR):薄膜结构为两磁性层中间夹一金属层,其电阻值与铁磁性材料薄膜层的磁化方向有关,两层磁性材料磁化方向相反情况下的电阻值,明显大于磁化方向相同时的电阻值,电阻在很弱的外加磁场下具有很大的变化量,故被称为“巨磁阻”。
  隧道磁阻(TMR):薄膜结构为铁磁/绝缘体薄膜(约1纳米)/铁磁材料,其穿隧电阻大小随两边铁磁材料相对方向变化而变化。
  那么什么样的磁传感器技术将在这场革命中胜出呢?这是我们都很关心的问题。
  总体来说:XMR比HALL要好
  从各种磁传感器的工作原理来说,XRM是磁场对铁磁材料的作用(相似于传统指南针原理),而霍尔效应则是磁场与电子间的作用。因此从理论上来讲,XMR比HALL的灵敏度更高。
  下图是二者的工作原理对比图:
  
  下图所标注的则是XMR与HALL分别能感应的磁场强度,可以明显看到,地磁场(10的负5次方T)的磁场强度更适合XMR的技术进行测量。
  
  首先,我们来思考一下,运动传感器(MoTIonSensor)的应用环境,在MoTIon Sensor中磁传感器主要是用来测量在地球磁场环境下的角度,位置以及它们的变化,对磁传感器的要求是在地球磁场的强度范围内作1%-2%的精准测量。手机及其他便携式消费类电子产品要求磁传感器具有低功耗、低成本和微小尺寸。未来的应用可朝纵深及横向方向发展。纵深可以用室内导航作为代表。磁传感器必须可以测量到在地球磁场下方向一度左右的变化,才能在室内导航中有实质性的影响。因此磁场精确度需好过1毫高斯。在横向发展上以游戏控制为代表,游戏控制需要反应敏捷,速度需要在200赫兹(HZ)左右。
  我们再看一个更直观的图示:
  
  从上图也可以看到,有部分的地球磁场,HALL效应是没有办法检测得到的。而在几种MR的技术中,目前AMR更具有成本优和工艺优势。
  综上,选择各向异性磁阻(AMR)技术的优势有以下几点:
  1、各向异性磁阻(AMR)技术最优良性能的磁场范围是以地球磁场为中心,对于以地球磁场作为基本操作空间的MoTIon Sensor应用来说,具有广大的运作空间,无需像霍耳元件那样增加聚磁等辅助手段。
  2、各向异性磁阻(AMR)技术是唯一被验证,可以达到在地球磁场中测量方向精确度为一度的半导体工艺技术。其他可达到同样精度技术都是无法与半导体集成的工艺。因此,AMR可与CMOS或MEMS集成在同一硅片上并提供足够的精确度。
  3、AMR技术只需1-3层磁性薄膜,工艺简单,成本低,不需要昂贵的制造设备,具有成本优势。而TMR则要5-7层,GMR需要4-10层的磁,其工艺复杂得多。
  4、AMR技术具有高频、低噪和高信噪比特性,在能看到的各种应用中尚无局限性。
  5、AMR技术在强磁干扰后自动校下要比HALL等传感器技术要好。

手机地磁传感器:手机用地磁传感器技术路线大比拼

展开全文
中国的四大发明之一就是指南针,所以中国人很早就知道利用来地心的磁力来确定方向。在现代,人们利用先进的工艺水平制造出了电子罗盘,就是我们所说的地磁传感器。今天我们来探讨一下手机用地磁传感器的一些技术问题。

室内导航运用将推动地磁传感器从豪配成标配

以往磁传感器在手机中的应用,主要是用在指南针和一些游戏中,最多是用到GPS的惯性导航。所以在客户和一些手机厂家看来,地磁传感器都是一个可有可无的“奢侈品”,一直是高端手机才有的东西。

可是,一项新的应用将大大推动地磁传感器成为手机的必配产品。这就是室内导航。目前已有谷歌、高德等传统的地图厂商建立数据库,以推动室内导航这一基于LBS(Location Based Services)的位置服务。

室内导航有什么用呢

当一个智能手机用户需要购买名牌香薰,又或者用餐时想吃泰国菜,这在类似正佳广场那样庞大、复杂又容易迷路的购物中心,并不是易事。这时该用户只需启动室内导航软件,就可以顺利找到需要的餐厅和商铺。同样,如果要在大型超市寻找走散的同伴(或孩子等),也并不复杂,同样地采用室内导航便可以完成。在导航的过程中,用户通过手机屏幕,能看见的不仅仅是路线,而是各商家打折信息和促销推介。购物中心的商家可以在这个导航软件中做广告,宣传自己的商品,直接促进消费购物。购物中心还可以利用物联网来分析每个客户的停留时间和关注的物品。显然,不论是地图软件商还是购物中心,这都是一笔不少的收入。

磁传感器的发展及主要技术路线

人们对磁传感器并不陌生,中国四大发明中的指南针就是最早的磁传感器应用之一。虽然磁传感器有一千多年的历史,但它的广泛应用却是在二十世纪的电子时代,其中每一次革命性的发展都是被一个极具生命力的应用所驱动的。六十年代汽车的普及和自动化,带动了由磁传感器作为核心的无需接触且具有超强可靠性的位置控制和开关控制装置的发展,从而使霍耳元件和感应线圈技术制造的磁传感器得到大规模生产化,提高了集成度和降低了成本。八十年代电脑开始进入普通家庭,电脑存储硬盘使用的读写磁头是一种特殊环境下的磁传感器,需求的增加以及对存储密度的超高追求,使得磁头在过去的二十年呈现飞速发展,也带动了巨磁阻(GMR)和隧道磁阻(TMR)技术的发现和各种磁阻类磁传感器的开发和大规模生产。

磁传感器是将由磁场、应力、应变、温度、光等引起的磁特性变化,转换成电信号进行检测的装置。现在用于手机的磁传感器技术路线主要有几种。目前,可用于检测地磁场分布变化的技术原理主要有:

1.霍尔(HALL)效应:通过电流的半导体在垂直电流方向的磁场作用下,在与电流和磁场垂直的方向上形成电荷的积累而出现电势差。

2.电磁感应:线圈切割地磁场的磁力线则将在线圈的两端产生感应电动势。

3.磁阻(XMR)效应:物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。目前,应用广泛的磁阻元件包含:各向异性磁阻(AMR)、巨磁阻(GMR)、以及隧道磁阻(TMR)。

各向异性磁阻(AMR):AMR磁传感器是由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成。当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流,而垂直于电流方向施加一个外界磁场时,合金带自身的阻值会生较大的变化,利用合金带阻值这一变化,可以测量磁场大小和方向。

巨磁阻(GMR):薄膜结构为两磁性层中间夹一金属层,其电阻值与铁磁性材料薄膜层的磁化方向有关,两层磁性材料磁化方向相反情况下的电阻值,明显大于磁化方向相同时的电阻值,电阻在很弱的外加磁场下具有很大的变化量,故被称为“巨磁阻”。

隧道磁阻(TMR):薄膜结构为铁磁/绝缘体薄膜(约1纳米)/铁磁材料,其穿隧电阻大小随两边铁磁材料相对方向变化而变化。

那么什么样的磁传感器技术将在这场革命中胜出呢?这是我们都很关心的问题。

总体来说:XMR比HALL要好

从各种磁传感器的工作原理来说,XRM是磁场对铁磁材料的作用(相似于传统指南针原理),而霍尔效应则是磁场与电子间的作用。因此从理论上来讲,XMR比HALL的灵敏度更高。

下图是二者的工作原理对比图:

下图所标注的则是XMR与HALL分别能感应的磁场强度,可以明显看到,地磁场(10的负5次方T)的磁场强度更适合XMR的技术进行测量。
  

首先,我们来思考一下,运动传感器(MotionSensor)的应用环境,在Motion Sensor中磁传感器主要是用来测量在地球磁场环境下的角度,位置以及它们的变化,对磁传感器的要求是在地球磁场的强度范围内作1%-2%的精准测量。手机及其他便携式消费类电子产品要求磁传感器具有低功耗、低成本和微小尺寸。未来的应用可朝纵深及横向方向发展。纵深可以用室内导航作为代表。磁传感器必须可以测量到在地球磁场下方向一度左右的变化,才能在室内导航中有实质性的影响。因此磁场精确度需好过1毫高斯。在横向发展上以游戏控制为代表,游戏控制需要反应敏捷,速度需要在200赫兹(HZ)左右。

我们再看一个更直观的图示:

从上图也可以看到,有部分的地球磁场,HALL效应是没有办法检测得到的。而在几种MR的技术中,目前AMR更具有成本优和工艺优势。

综上,选择各向异性磁阻(AMR)技术的优势有以下几点:

1.各向异性磁阻(AMR)技术最优良性能的磁场范围是以地球磁场为中心,对于以地球磁场作为基本操作空间的Motion Sensor应用来说,具有广大的运作空间,无需像霍耳元件那样增加聚磁等辅助手段。

2.各向异性磁阻(AMR)技术是唯一被验证,可以达到在地球磁场中测量方向精确度为一度的半导体工艺技术。其他可达到同样精度技术都是无法与半导体集成的工艺。因此,AMR可与CMOS或MEMS集成在同一硅片上并提供足够的精确度。
3.AMR技术只需1-3层磁性薄膜,工艺简单,成本低,不需要昂贵的制造设备,具有成本优势。而TMR则要5-7层,GMR需要4-10层的磁,其工艺复杂得多。

4.AMR技术具有高频、低噪和高信噪比特性,在能看到的各种应用中尚无局限性。

5. AMR技术在强磁干扰后自动校下要比HALL等传感器技术要好。
在目前运用AMR的技术生产地磁产品的公司中,台湾VTC是有较强实力的一家企业,值得大家关注。

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