磁传感器调研精选.docx

磁传感器技术根据对磁场的测量范围将磁传感器分为三类：低强度磁场传感器、中强度磁场传感器及高强度磁场传感器。低强度磁场传感器通常检测10-10T以下的磁场；中强度磁场传感器通常检测10-10~10-3T的磁场；高强度磁场传感器检测范围通常在10-3T以上。低强度磁场传感器低强度磁场传感器通常检测10-10T以下的磁场，多用于医学、磁性材料研究及军事领域。与其他磁场传感器相比，低强度磁传感器结构笨重复杂而且成本高，被测磁场比地磁场（地磁场强度的数量级为10-5T）小，地磁场的微弱变化均比低强度磁场传感器测量范围大。①超导测磁超导测磁方法是20世纪60年代中期利用超导技术发展起来的一种新型测磁方法，根据目前的仪器设计，其灵敏度可达10-12T~10-15T，量程可从0到数千高斯，能响应零到几兆甚至到1000MHz的快速磁场变化。超导测磁方法利用超导结的临界电流随磁场周期起伏的原理来测磁。如图1.1所示，在超导结两端加上电源，电压表V无显示时，电流表A显示的电流为超导电流；电压表开始有显示时，电流表所显示的电流为临界电流。当加入磁场后，临界电流将有周期性起伏，其极大值逐渐衰减，振荡的次数乘以磁通量子即透入超导结的磁通量。由于磁通与外磁场成正比，求出磁通也就求出了磁场。若磁场有变化，则磁通也变化，临界电流的振荡次数乘以磁通量子就可反映磁场变化的大小。这样，利用超导结就可测量磁场的大小及其变化。由于低温较难达到，为了使超导材料具有实用性，现有超导测磁仪器主要是对高温超导进行研究的成果。超导量子干涉装置（Superconducting Quantum Interference Device，简称SQUID）是典型的高温超导测磁仪器，是目前已知的灵敏度最高的低强度磁传感器。SQUID磁强计可测量的磁场范围从10-11~9T，而人脑产生的磁场数量级为10-11T，这使得它在医学领域广泛应用。目前，高精度的SQUID主要应用于医学、磁性材料特性和生物磁性研究。②感应线圈测磁感应线圈磁强计建立在法拉第电磁感应定律基础上，即线圈中感应电压和线圈中磁场的变化率成比例。感应线圈磁传感器的灵敏度依赖于铁芯的磁导率、线圈面积和匝数。这种类型的磁传感器对磁场的最高分辨率为10-14T，频率响应范围为1Hz~1MHz，所需功率为1~10毫瓦。Claude通过对线圈闭环控制，扩展了感应线圈磁传感器的频率响应范围，可达0.1Hz~50MHz。感应线圈不能测量静态磁场，多用于距离探测。③核子自旋进动测磁在磁场作用下，核子产生进动，其进动频率与磁场强度成正比，利用这一原理进行测磁。自旋核子磁矩绕被测磁场的旋进运动相当于一个小磁铁绕被测磁场并与其保持固定角度的运动，显然这将使其周围的磁场发生周期性的变化，其变化频率就是进动频率。如果放置一个固定线圈，则线圈内部磁通发生周期性的变化，在线圈中就会产生感应电压，其频率与核子进动频率一致，测出线圈感应电压的频率就可测出磁场大小。所谓核磁共振式测磁，就是通过测量自旋核子在外磁场中的进动频率来测量外部磁场，只不过核磁共振磁强计利用共振原理来获取进动频率。④光泵测磁光泵测磁法的原理是：采用光学技术，选择出一定频率的光照射含有碱金属蒸汽的吸收室，将其泵激励到特定的某个能级（这种技术称为光泵技术），然后对吸收室加载交变磁场，当交变磁场的频率与电子两能级之间的跃迁频率相等时（这个频率被称作共振频率），就会改变吸收室的吸收程度，使其透明度变差，由于这一共振频率与磁场成正比，故通过测量共振频率就可测量磁场。光泵磁场测量仪器是利用近30年来新发展起来的光泵技术制成的高灵敏度磁场测量仪器，其灵敏度可达10-12T以上。由于元素的弛豫时间长，吸收线窄，因此精度高，不足的是长弛豫时间限制了频率响应。目前，这种传感器体积庞大，高功耗，价格昂贵等限制了该技术在实际中的应用。⑤磁光传感器磁光效应磁传感器利用磁场改变光的偏振状态来对磁场进行测量。当一束偏振光通过介质时，若在光传播方向存在磁场，那么光通过偏振面将偏转一个角度，这就是磁光效应。可通过测量偏转的角度来测量磁场，偏转的角度和输出的光强成正比，将输出光照射激光二极管，可获得数字化的光强。这种磁传感器的灵敏度可达到10-11T，它具有优良的电绝缘性能和抗干扰、频响宽、响应快、安全防爆等特性，因此适合一些特殊场合的磁场测量，尤其在电力系统中高压大电流的测量方面有明显的优势。中强度磁场传感器中强度磁场传感器测量的磁场范围为10-10~10-3T，由于地磁场强度的数量级为10-5T，故中强度磁场传感器也被称为地磁场传感器。①磁通门式磁场传感器磁通门磁场传感器在导航系统中运用最为广泛，约于1928年发展起来，后来被军方用于潜艇探测。磁通门磁强计可测量大小为10-11~10-2T的直流或缓慢变化的磁场，其频率带宽约