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1、.11 2 2 一一一， A i- Jt一一一9 9 9 斗赵育恒杨宁袁宗斌西南应用磁学研究所四川省绵阳市 6 2 1 0 0 0 本 文 阐 述 了 磁 化 双 稳 态 磁 敏 传 感 器 与 _ 作 水 磁 体 之 间 的 作 结 构 方 式 . 按 照 传 感 器 探 头 轴 线 与 工 作 永 徽 体 磁 极 抽线的相对 位置关系， 分为同 轴、平 行与垂直二种基本工作结构方式，据其可以设计 传感 器的多种应用构件. 1引言， 磁化双稳态磁敏传感器线圈内有 一 磁化双稳态敏感铁芯 感生电动 势源于铁芯磁化的巴 克豪森跳跃， 不 需 供 电 ， 只 要 求 外 部 磁 铁 提 供 铁 芯
2、 磁 化 反 转 的 两 个 反 向 工 作 磁 场 . 其 感 生 电 压 幅 度 与 宽 度 困 要取决于巴克豪森跳跃速率，而与外加磁场变化速率无关.该传感器具有无触点、零耗电、 输出幅度宽度恒定与转速无关、 宽温工作等特点， 可在微功耗智能仪表如: 流量计、 里程表、 转速表、 转角转动方位测量、磁编码器、 接近开关、无电 源键控脉冲发生器等上 广泛应用.在此介绍我们按照传感器轴线与工作永磁体磁极轴线的相对位置关系划分的同轴、平行与 垂直三种基本工作结构方式， 据其可以设计多种用途的传感构件. 2丁 作结构方式 首先， 针对传感器检测安装有工作永磁体的转盘的转动的场合， 对基本工作结构方
3、式加以说明.( 1 ) 竖直同轴方式 在图1 a 的场合， 铁芯反向工作磁场+ H 与一 H 是由 竖直安装在转盘上的一只永磁体提供的，由永磁体N极发出的磁力线方向 朝上， 提供+ H;返回S 极的磁力线提供反方向的工作磁场一 H.图1 b 的场合，工作磁场+ H 与一H由磁极反向竖直安装的两只永磁体分别提供.( 2 ) 径向同 轴方式 永磁体与 传感器同 轴， 且永磁体磁极轴线与转盘径向一 致. 由 一只( 图2 a ) 或两只 永磁体( 图2b ) 提供工作磁场+ H 和一 H .( 3 ) 竖直平行方式( 图3 )磁极轴线对 转盘 平面 竖直的两只永磁体反极性安装， 位于 其侧的 传感器
4、轴线与磁极轴线平行。二永磁体转到传感器旁时，分别为其提供工作磁场十 H 和一 H,( 4 ) 直径平行方式一 只永磁体以中心为对称装在转盘直径上，传感器轴线与转盘直径平行。当磁极轴线 与 传感 器 轴线 平 行 时， 提 供 工 作 磁 场+ H ( 图4 a ) ; 再 转 过1 8 0 0， 提 供 反向 磁 场一 H( 图4 b ) .( 5 ) 半径平行方式两只条形永磁体反极性地安装在两半径上， 传感器轴线与转盘半径平行. 当两只永磁体转动到传感器下方时，分别提供T作磁场+H ( 图5 a) 和一H ( 图5b)( 6 ) 切向平行方式几 永磁体反极性装于转盘切向， 传感器轴线与切向平
5、行. 二永磁体转到磁极轴线与传感器轴线平行时， 分别提供工作磁场+ H 图6 a) 和一 H ( 图6 b) . 传感器也可在磁体上方切向上.( 7 ) 竖直垂直方式( 图7 ) 永磁体磁极轴线竖直地安装在转盘上， 传感器轴线与永磁体磁极轴线垂直.工作磁场+H和一H由永磁体磁极发出磁力线的两个反方向部分提供。( 8 ) 径向垂直方式( 图8 ) 永磁体磁极轴线在转盘径向上，工 作磁场+H 和一H的提供与( 刀 类似. 上述均为转盘转动一周发生一个脉冲的情况.以下介绍转动一周发生多个脉冲的工作结构方式:( 1 ) 多 磁体方式 转盘上 装有与要求每周脉冲数相同个数( 或对数) 的永磁体，工作结构
6、方式与前述的某本m构相对应.图9 即是与 “ 竖直同轴方式”相对 应的每周发生3 个脉冲的例.同理可得对 应于各种基本工作结构方式的 “ 多磁体方式”，在此不再列举 不过，每周发生脉冲个数受到相邻永磁体最小间距的限制，最小间距必须保证相邻永磁体的磁场干涉不破坏正常发信必要的工作磁场方向与强度.( 2 ) 多 铁芯方式 这种方式只使用 只( 或一对 ) 永磁体， 转一周发 生脉冲个 数与敏 感铁芯的 根数相同.根据铁芯与线圈的结构特点，有以 下两种结构方式: 线圈多铁芯一休方式( 图1 。 ) 随转盘转动， 永磁体依次给各铁芯提供工作磁场， 产生个数等于铁芯数的电压脉冲。 因铁芯直径小于0 .
7、5 m m 故与 “ 多磁体方式” 相比， 该方式转盘尺寸小得多. 线圈多铁芯分体方式( 图 1 1 ) 固定在转盘侧面的铁芯顺次被两只反极性永磁体反转磁化 每周感生脉冲个数与铁芯数相同.在相同转盘尺寸下，这种方式允许一周发生脉冲个数最多，例如:直径5 0 mm的多铁芯转盘可发生脉冲1 0 。 个/ 周以上.一 _ 、 户 翻 才62 31 9 9 9年第十届全国 磁学和磁性材料会议论文墓( 3 ) 齿轮方式( 图1 2 ) 导磁性齿轮齿间距大于二永磁休间距，以 保证一只永磁体对准齿尖时， 另一只对准齿隙，齿轮转动时。传感器铁芯感受交变工作磁场+H和一H，每周发生与齿数相等的电压脉冲. b江日
8、书IL ,11 . L-HNSH -HnN Is .s N s + H召吕 凸勺 一叉万 N图1竖直同 轴方式图2径向同 轴方式图3竖直平 行方式 目那门曰O0挂b书界 二 N色u一二 仁二H刘二 口N 口 一 乞一 屹5 “图4直径平行方式图5半 径平 行方式图6切向平行方式狐添 b邢凸日分承 二井 + H万N H图7竖直垂直方式图吕径向垂直方式图9多磁休方式N 咖 5L r N I图1 。 线圈一 多 铁芯一体方式图n 线圈 一 多铁芯分体方式图U 齿 轮方式 3 实际用例 我们设计的电子水表及燃气表使用 “ 直径平行方式” 结构， 转动轴端装永磁体， 转一周输出一个脉冲 ， 幅 度。 一
9、 8一1 . 5 V. 采油 输油现场电 池供电智 能石油流量计采用的是与 “ 竖 直同轴方式”a 对 应的 “ 多磁体方式” 结构， 在旋翼轮轴端圆盘上安装中4、4 的S m c 。 永磁体 1 0 只， 转 一 周发生1 0 个信号脉冲， 幅度大于1 V o 精密椭圆齿轮流量计采用了 “ 线圈一 多铁芯一体方式”结构， 铁芯数2 0 , 椭圆齿轮旋转一周， 发生脉冲2 0 个， 幅度大于1 0 0 m v. 输油管道腐蚀检测设备里 程轮采用了与“ 半径平行方式”结构对应的 “ 多磁体方式”， 轮半径上装有4 对反极rt 永磁体， 转一周发生4 个脉冲. 螺翼式电子水表采用了“ 切向平行方式
10、” ，2 只永磁体反极性安装 在螺翼轮轴端面切向， 传感器插到磁体近旁， 轴线与磁极连线平行 某冶金设备采用r“ 径向同轴方式”， 主轴旋转一 周， 传感器发出一个脉冲 我们设计的 一 1 9 6 一 + 3 0 0 宽 温电 子流计 传感结构采用 线圈 一 铁芯分 体方 式” ， 将铁芯置于工作温度 下的湿区 ，线圈一 永磁体组件置于室温下的干区， 既发挥了 铁芯宽温工作特性优良的特点 又避免了 永磁体剩磁温度特性的不利影响， 在传感器与永磁体间隔6 二 时一 输出达 1 0 0 m v e 此外， 本文说明虽是以检测转动为例， 但是同理可用于检测平移， 只要使传感器受到两个反向磁场的交替作用. 便可以产生信号. 应用于限位开关、 接近开关、位移检测等用途.r.111|!1.1.。11
