цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Что такое магнитометр и как он работает


Что такое магнитометр и как он работает

Автор: Mike(admin) от 23-03-2021, 23:55

Магнитометры – что это и принцип их работы


Магнитометры - это устройства, которые могут измерять величину или направление магнитного поля. Они присутствуют практически везде в электронике. Они могут быть такими же простыми, как тот, который использует ваш смартфон, чтобы определить, находится ли он в вертикальном положении, или такими же сложными, как тот, который НАСА использует для измерения магнитного поля Марса.


Что такое магнитометр и как он работает

В данном материале мы рассмотрим основы работы магнитометров и их применения. В следующих статьях мы подробнее рассмотрим конкретные типы магнитометров.


Как работают магнитометры


Магнитометры, как правило, косвенным методом, измеряют так называемый магнитный момент. Магнитный момент замкнутого контура с площадью A и током I представляет собой вектор, величина которого равна I, умноженному на A. Крутящий момент, испытываемый этим контуром, равен магнитному моменту (m), умноженному на магнитное поле (B). Математически магнитный момент выражается следующим образом:


Что такое магнитометр и как он работает

Как векторная величина, направление магнитного поля так же важно, как и его амплитуда. Некоторые магнитометры могут измерять в гауссах как направление, так и величину магнитного поля (векторные магнитометры), в то время как другие могут измерять только его амплитуду (скалярные магнитометры).


Магнитометры и кривые гистерезиса


Свойства магнитных материалов меняются, когда они погружаются в магнитное поле. В зависимости от того, как эти материалы реагируют на поле до и после его применения, они попадают в группы парамагнитных, диамагнитных или ферромагнитных материалов. Помимо этого, существуют немагнитные материалы, которые обладают слабыми магнитными свойствами. Лучшим инструментом для представления магнитных свойств является кривая гистерезиса. Он представляет собой зависимость плотности магнитного потока B от силы напряженности магнитного поля H.


Что такое магнитометр и как он работает

Наиболее важным аспектом магнитных материалов является то, что даже когда мы снимаем приложенную силу, они остаются намагниченными (то есть проявляют удерживающую способность). Затем, чтобы вернуть материал в исходную точку, необходимо приложить отрицательное магнитное поле (H) для его размагничивания (коэрцитивная сила). Благодаря особенностям магнитных материалов и множеству их применений, возможность измерения их свойств с хорошим разрешением произвела революцию в области физики и материаловедения.


Высокочувствительные электронные измерения с помощью магнитометров


Магнитные датчики, как и многие другие датчики, сопровождаются набором электронных систем для обработки небольших электрических сигналов и генерирования считываемых входных данных микроконтроллером, процессором или людьми. Проектирование и построение этих систем представляет собой сложную задачу, поскольку в большинстве случаев сигналы довольно малы и очень чувствительны к шуму. Следовательно, разработчикам необходимо найти компромисс между сложностью схемы, емкостью датчика и стоимостью.


Есть часто используемые и относительно простые компоненты, такие как фильтры или усилители, но есть и другие, более сложные, такие как цепи модуляции-демодуляции или синхронизированные усилители. С прогрессом миниатюризации часто обнаруживается, что часть схемы аналогового преобразования реализована внутри интегральной схемы (ИС) в сигнальной цепи, поскольку она менее подвержена ошибкам и более компактна по сравнению с дискретным решением.


Что такое магнитометр и как он работает

С другой стороны, интегрированное решение может быть менее гибким. При работе с конкретным или новым приложением разработчики могут предпочесть дискретный вариант, потому что им может потребоваться разработать новую цепочку согласования сигналов.


Применение магнитометров


Магнитометры широко используются в повседневной жизни. Обычно самые сложные сенсоры зарезервированы для узкоспециализированных лабораторий, таких как Физика и химия материалов в Страсбурге. Такие магнитометры могут включать в себя, среди прочего, магнитометры с вибрирующими образцами, СКВИД-магнитометры и AGFM (альтернативный магнитометр с градиентным полем).


Датчики на эффекте Холла широко используются в приложениях с сильным магнитным полем. Их самые распространенные приложения – обнаружение движения и управление в моторных приводах.


Что такое магнитометр и как он работает

Обычно некоторые датчики, обычно два или три, размещают пространственно распределенными вокруг оси двигателя, а металлические компоненты, запускающие датчик, перед ними. Каждый раз, когда металлические части проходят перед датчиком, они генерируют квадратный или синусоидальный сигнал, позволяющий вычислить скорость или положение.


MEMS-магнитометры также легко найти на рынке. Обычно они являются частью инерционных устройств (IMU), которые измеряют ускорение, угловую скорость и магнитные поля. Такие модели, как электронные компасы STMicroelectronics, могут быть интегрированы в печатную плату, а затем подключены к другим компонентам, таким как фильтры или микроконтроллеры. Вы можете найти эти магнитометры, используемые для таких приложений, как обнаружение движения, который автоматически регулирует информацию дисплея в зависимости от его горизонтальной или вертикальной ориентации.




© digitrode.ru


Теги: магнитометр




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий