磁感应器 　　磁控制器是把电磁场、电流量、应力应变曲线、溫度、光等外部要素造成光敏电阻器带磁能转变 转变成电子信号，以这些方法来检验相对应标量的元器件。 　　磁感应器普遍用以工业化和电子设备中以磁感应磁化强度来精确测量电流量、部位、方位等物理学主要参数。在目前工艺中，有很多不一样种类的感应器适用于精确测量电磁场和其它主要参数。 　　磁控制器是把电磁场、电流量、应力应变曲线、溫度、光等外部要素造成光敏电阻器带磁能转变 转变成电子信号，以这些方法来检验相对应标量的元器件。磁感应器分成三类：罗盘、电磁场传感器、相位传感器。罗盘：地球上会形成电磁场，假如你可测地球大气层电磁场就可以做罗盘。电流传感器：电流传感器也是电磁场感应器。电流传感器可以用在电器产品、智慧能源、电瓶车、风能发电这些。相位传感器： 假如一个磁场和磁感应器彼此之间有部位转变 ，这一部位改变是直线的便是线形感应器，假如旋转的便是旋转感应器。 　　大生活中使用许多磁感应器，例如罗盘，电脑磁盘、电器产品这些。 　　在传统制造业更新改造中的运用及销售市场 　　据报道，1995年仅工业生产过程管理感应器的世界销售市场已做到260亿美金;2001年电子计算机HDD用SV-GMR磁带机的销售市场超出了4000亿日元（折合34亿美金）。若选用新式小型磁感应器，即便实际操作更简单，又提升了稳定性，提高了元器件使用寿命，减少了成本费。 　　应用新式磁感应器能够显着提升精确测量和线性度，如应用GMI（巨磁特性阻抗）电磁场感应器，检验屏幕分辨率和常见磁通量门磁强计一样，而响应时间却快了一倍，耗费输出功率仅为后面的1%;若用霍尔元件元器件，其屏幕分辨率仅4A/m，而需要场外比前面高300余倍;在应力检测中，SI 感应器的精确度是常见电热丝的2000倍高，是半导体材料应变规的20～40倍。工业生产数控车床的汽压或标准气压气缸活塞杆部位检验，普遍选用套在液压缸上的稀土永磁环和AMR元器件构成的磁感应器，检验精密度达0.1mm，检验效率可在0～500mm/s内以多少速率转换;改成GMI或SV-GMR感应器后，测量精度最少能够提升1个量级。在机床数控化时期，数据磁尺协助室内设计师们达到了闭环控制系统。应用绝对信号輸出的磁尺，则不会受到噪音、电源电压起伏等影响，也无须起点校准。应用运行状态磁敏电源开关，还能够进行手动式与数控机床中间的变换。 　　转动磁伺服电机在转动量的检验操纵中起主导作用，它在数控车床、智能机器人、工厂自动化机器设备的地方检验、传输速率操纵，硬盘、复印机这类的自动化机械通信设备的转动量检测中全是不可以缺失的主要构件。其检验目标是光磁图型，不会受到焊接烟尘烟尘的危害，因而比现阶段最领先的光伺服电机的安全可靠性高使用寿命长，特别是在适用于自动焊接、漆料智能机器人和与钢材相关的地方检验及其各种各样金属材料、木料、塑胶等生产加工制造行业的运用。而仍很多应用光伺服电机，因为这类元器件易受烟尘、油渍和烟尘的危害，用在自动焊接、漆料智能机器人、纺织品和钢材、木材、塑胶等的生产中，稳定性偏差。运用AMR、GMR 、GMI光敏电阻器组成的转动磁伺服电机，就不会有以上缺陷，因而，他们的市场的需求增长率在30%之上。在家电和节能环保产品中也也是有其普遍的使用发展潜力，在绿色环保商品中也大有用武之地。若应用小型磁伺服电机和操纵微型机一体化，更有益于简单化自动控制系统构造，降低元器件数和占空容积，这在精密制造和制造业中实际意义十分重特大。 　　在环保监测中的运用 　　生态环境保护的先决条件是对每个环境监控系统（溫度、标准气压、空气成分、噪音。..。..。）的检测，这儿必须采用多种多样很多的感应器。选用强磁致伸缩非晶磁弹小型磁感应器，能够与此同时精确测量真空泵或密闭空间的环境温度和标准气压，并且无需连接器，能够监测和长距离浏览。在食品包装材料、自然环境科学试验等层面，应用前景宽阔。 　　在交通管制通告中的运用 　　道路交通事故和交通堵塞是大城市中合大城市间交通出行具有的一个问题。世界各国都是在提升高速路驾驶适用路面系统软件（AHS）、智能化运输设备（ITS）和公路交通信息管理系统（VICS）等的研发与基本建设。在这种新系统中，高灵敏、快速回应小型磁感应器大有用武之地。比如，用屏幕分辨率可以达到1nT的GMI和SI感应器，可组成ITS感应器（作快速道路上的道路交通标志，测车轱辘视角，大货车近接间距），车辆根据录像仪（测行驶方位、速率、车体长短、车种鉴别），地下停车场大量车子感应器，瞬时速度感应器（测车子经过时路桥区的震动等）。 　　磁感应器在罗盘指南针中的运用 　　好多个时代至今，大家在导航栏中一直应用磁风水罗盘。有材料表明早在二千多年前我们中国人就開始应用纯天然磁铁-一种赤铁矿来标示水平方向。罗盘指南针（数字罗盘，电子器件罗盘，数据罗盘）是精确测量方向角（前进方向角）较为经济实惠的一种仪表仪器。现如今电子器件罗盘广泛运用于车辆和手执罗盘指南针，腕表，手机上，无线对讲机，雷达探测器，望眼镜，探星仪，伊斯兰教麦加探测仪（伊斯兰教钟），手执 GPS 系统软件，寻径器，武器装备/巡航导弹导航栏（ 航位推断 ），部位/方向系统软件，安全性/精准定位机器设备，车辆、远洋航行和航空公司的性能卓越导航栏机器设备，游戏机机器设备等必须方位或姿势表明的机器设备。 　　地球上自身是一个大磁石，地球大气层的电磁场大概为0.5Oe，地球磁场平行面地球大气层并自始至终偏向北方地区。运用GMR塑料薄膜可制成用于检测地球磁场的感应器。图5表明这类感应器的主要原理。我们可以制成可以检测电磁场X和Y方位份量的集成化GMR感应器。此感应器可做为风水罗盘并运用在各种各样代步工具上做为导航栏设备。英国的NVE企业早已把GMR感应器用在车子的道路交通自动控制系统上。比如，置放在高速路边的GMR感应器能够测算和区别根据控制器的车子。假如与此同时分离置放2个GMR感应器，还能够检测出根据汽车的速率和车子的长短，自然GMR也能用在道路的收费亭，进而完成收费标准的自动控制系统。此外高灵敏和低电磁场的感应器可以用在航空公司、航空航天及卫星通讯技术性上。大伙儿了解，在国防工业生产中伴随着吸波技术性的发展趋势，国防物品能够根据遮盖一层吸波材料而隐敝，可是他们不管怎样都是会造成电磁场，因而根据GMR电磁场感应器能够把隐藏的物件找出去。自然，GMR电磁场感应器能够运用在通讯卫星上，用于检测地球大气层上的物品和下边的矿藏分布。 　　门磁开关感应器在智能家居系统中的运用 　　在智能家居系统电子门禁中门磁开关的效果是承担门磁通量电否，插电带磁（关门），关闭电源去磁（开关门），门磁开关安裝于门与包门套上，开关安装于房间内，相互配合闭门器应用，一般可承担150公斤的抗拉力。 　　有线电视门磁开关为内嵌式安裝更为隐敝，磁感应窗门的开闭，适用木制或铝门窗传出有线电视常闭/开与关电源开关数据信号。门磁开关是用于探测门、窗、抽屉柜等能否被不法开启或挪动。它由无线发射器和磁铁两部份构成。门磁开关系统软件实际上和床磁等基本原理同样。

　　罗盘指南针是一种主要的导航栏专用工具，能即时给予挪动物件的前进方向和姿势。伴随着半导体材料加工工艺的不断进步和手机操作系统的发展趋势，集成化了愈来愈多感应器的智能机越来越功能齐全，许多手机都完成了罗盘指南针的作用。而根据罗盘指南针的运用（如Android的Skymap）在不同软件系统上也兴起。

　　要完成电子器件罗盘功能，必须 一个检验电磁场的三轴磁性感应器和一个三轴速度感应器。伴随着微机械设备技术的完善，意法半导体发布将三轴磁力计和三轴加快计集成化在一个封裝里的二合一感应器控制模块LSM303DLH，便捷消费者在短期内设计方案出低成本、特性高的罗盘指南针。文中以LSM303DLH为例子探讨该元件的原理、性能参数和罗盘指南针的完成方式。

　　1. 地球磁场和前进方向角的情况专业知识

　　如图所示1所显示，地球上的电磁场象一个条型磁场一样由磁南极洲偏向磁北极。在磁场点处电磁场和本地的平面竖直，在地球赤道电磁场和本地的平面平行面，因此在北半球磁场力歪斜偏向路面。用于考量磁通量尺寸的部门是Tesla或是Gauss（1Tesla=10000Gauss）。伴随着地理环境的不一样，一般 地球磁场的抗压强度是0.4-0.6 Gauss。必须特别注意的是，磁北极和自然地理上的北极圈并不重叠，一般 她们中间有11度上下的交角。

　　磁力计的主要原理

　　图1 地球磁场布局图

　　地球磁场是一个矢量素材，针对一个稳定的地址而言，这一矢量素材能够被溶解为2个与本地平面平行面的重量和一个与本地平面竖直的份量。假如维持罗盘指南针和本地的平面平行面，那麼风水罗盘中磁力计的三个轴就和这三个份量相匹配起來，如图2所显示。

　　磁力计的主要原理

　　图2 地球磁场矢量素材溶解平面图

　　事实上对水平方向的2个份量而言，她们的矢量和一直偏向磁北的。风水罗盘中的前进方向角（Azimuth）便是当今方位和磁北的交角。因为风水罗盘维持水准，只须要用磁力计水平方向两轴（一般 为X轴和Y轴）的检验数据信息就可以用式1测算出前进方向角。当风水罗盘水准转动的情况下，前进方向角在0？- 360？中间转变 。

　　2．ST集成化磁力计和加快计的感应器控制模块LSM303DLH

　　2.1 磁力计原理

　　在LSM303DLH中磁力计选用各种各样磁致电阻器（Anisotropic Magneto-Resistance）原材料来检验室内空间中磁通量的尺寸。这类具备分子结构的合金制品对外部的电磁场很比较敏感，电磁场的高低转变 会造成 AMR本身阻值产生变化。

　　在生产流程中，将一个磁场加进AMR上使其在某一方位上被磁化，创建起一个主磁域，与主磁域竖直的轴被称作该AMR的比较敏感轴，如图所示3所显示。为了更好地使测定結果以线形的形式转变 ，AMR原材料上的合金输电线呈45o角歪斜排序，电流量从这种输电线名流过，如图4所显示。由初期的磁场在AMR原材料上创建起來的主磁域和电流方向有45o的交角。

　　磁力计的主要原理

　　图3 AMR原材料平面图

　　磁力计的主要原理

　　图4 45o角排序的输电线

　　当有外部电磁场Ha时，AMR上主磁域方位便会产生变化而已不是原始的角度了，那麼磁场力和交流电的交角θ也会产生变化，如图所示5所显示。针对AMR原材料而言，θ角的变动会造成AMR本身电阻值的转变，而且呈线性相关，如图所示6所显示。

　　ST运用惠斯通电桥检验AMR电阻值的转变，如图所示7所显示。R1/R2/R3/R4是最初的状态同样的AMR电阻器，可是R1/R2和R3/R4具备相对的被磁化特点。当检验到外部电磁场的情况下，R1/R2电阻值提升?R而R3/R4降低?R。那样在沒有外部电磁场的情形下，电桥电路的输入输出为零；而在有外部电磁场时电桥电路的输入输出为一个细小的工作电压?V。

　　磁力计的主要原理

　　图7 惠斯通电桥

　　当R1=R2=R3=R4=R，在外部电磁场的效果下电阻器转变 为?R时，电桥电路輸出？V正比例于？R。这就是磁力计的原理。

　　2.2 置位/校准（Set/Reset）电源电路

　　因为遭受外部条件的危害，LSM303DLH中AMR上的主磁域方位不容易永久性维持不会改变。LSM303DLH内嵌有置位/延时电路，根据里面的合金电磁线圈规律性的造成电流量单脉冲，修复初期的主磁域，如图所示8所显示。必须特别注意的是，置位单脉冲和校准单脉冲发生的实际效果是一样的，仅仅方位不一样罢了。

　　磁力计的主要原理

　　图8 LSM303DLH置位/延时电路

　　置位/延时电路给LSM303DLH产生许多优势：

　　1） 即便 碰到外部磁场的影响，在影响消退后LSM303DLH也可以恢复过来工作中而不用客户再度开展校准。

　　2） 即便 长期工作中也可以维持原始被磁化方位完成精准测量，不容易由于集成ic溫度转变或內部噪声扩大而危害测量精度。

　　3） 清除因为温漂造成的电桥电路误差。

　　2.3 LSM303DLH的技术参数

　　LSM303DLH集成化三轴磁力计和三轴加快计，选用数据插口。磁力计的检测范围从1.3 Gauss到8.1 Gauss共有7档，客户还可以随意选择。而且在20 Gauss之内的电磁场自然环境下都可以保持一致的检测实际效果和一样的敏感性。它的像素能够做到8 mGauss而且內部选用12位ADC，以确保对磁化强度的精准测量。和选用霍尔效应基本原理的磁力计对比，LSM303DLH的功能损耗低，高精度，线性好，而且不用温度补偿。

　　LSM303DLH具备自动识别作用。当操纵存储器A被置位时，集成ic里面的测试电源电路会形成一个约为地球磁场尺寸的鼓励数据信号并輸出。客户还可以根据輸出数据信息来分辨集成ic是不是正常的工作中。

　　做为高集成度的感应器摸组，除开磁力计之外LSM303DLH还集成化一颗性能卓越的加快计。加快计一样选用12位ADC，能够做到1mg的测量精度。加快计可运作于功耗低方式，并有睡眠质量/唤起作用，可大大的降低功耗。与此同时，加快计还融合了6轴方位检验，双路可编程控制器终断插口。

　　3. ST罗盘指南针计划方案详细介绍

　　一个传统式的罗盘指南针系统软件最少必须一个三轴的磁力计以精确测量电磁场数据信息，一个三轴加快计以精确测量风水罗盘倾斜角，根据数据信号逻辑性和数据收集一部分将三维空间中的作用力遍布和电磁场数据信息传递给CPU。CPU根据电磁场数据信息测算出方向角，根据作用力数据信息开展歪斜赔偿。那样解决后导出的方向角不会受到罗盘指南针室内空间姿势的危害，如图所示9所显示。

　　磁力计的主要原理

　　图9 罗盘指南针结构示意图

　　LSM303DLH将以上的加快计、磁力计、A/D转化器及数据信号逻辑性电源电路集成化在一起，依然根据I2C总线和CPU通讯。那样仅用一颗集成ic就保持了6轴的信息检验和輸出，减少了顾客的设计构思难度系数，减少了PCB板的使用总面积，减少了元器件成本费。

　　LSM303DLH的常见运用如图所示10所示。它必须的周围元器件非常少，联接也非常简单，磁力计和加快计分别有一条I2C总线和CPU通讯。假如用户的I/O插口脉冲信号为1.8V，Vdd_dig_M、Vdd_IO_A和Vdd_I2C_Bus均可接1.8V供电系统，Vdd应用2.5V之上供电系统就可以；假如顾客插口脉冲信号为2.6V，除开Vdd_dig_M规定1.8V之外，别的皆可以用2.6V。在上原文中提及，LSM303DLH必须置位/延时电路以保持AMR的主磁域。C1和C2为置位/延时电路的外界配对电容器，因为对置位单脉冲和校准单脉冲有一定的规定，提议客户不必随便改动C1和C2的尺寸。

　　磁力计的主要原理

　　图10 LSM303DLH典型性运用原理图

　　针对便携式设备来讲，元器件的功能损耗十分关键，立即影响到其休眠的時间。LSM303DLH能够各自对磁力计和加快计的送电方式开展操纵，使其进到睡眠质量或功耗低方式。而且客户可自主调节磁力计和加快计的信息升级頻率，以调节功能损耗水准。在磁力计数据信息升级頻率为7.5Hz、加快计数据信息升级頻率为50Hz时，耗费电流量典型值为0.83mA。在开机方式时，耗费电流量低于3uA。

　　4. 铁电磁场影响及校正

　　电子器件罗盘主要是根据认知地磁场方向的出现来测算磁北极的方位。殊不知因为地磁场方向在一般状况下仅有细小的0.5高斯函数，而一个一般的手机喇叭当距离2厘米时仍会出现大概4高斯函数的电磁场，一个手机马达在距离2厘米的时候会有大概6高斯函数的电磁场，这一特性促使对于电子产品表层地磁场方向的精确测量非常容易遭受电子产品自身的影响。

　　电磁场影响就是指因为具备带磁化学物质或是能够危害部分磁化强度的成分存有，促使磁感应器所置放部位上的地磁场方向发生了误差。如图所示11所显示，在磁感应器的XYZ 平面坐标中，翠绿色的圆表明地磁场方向矢量素材绕z轴圆上旋转全过程中在XY平面图内的投射运动轨迹，再沒有外部一切电磁场影响的情形下，此运动轨迹可能是一个规范的以O（0，0）为核心的圆。当存有外部电磁场影响的情形时，精确测量获得的磁化强度矢量素材α将为该点地磁场方向β与影响电磁场γ的矢量和。记作：

　　磁力计的主要原理

　　磁力计的主要原理

　　图11 磁感应器XY座标及其磁感线投射运动轨迹

　　一般能够觉得，影响电磁场γ在该点能够视作一个稳定的矢量素材。有很多要素能够导致电磁场的影响，如摆在电路板上的电机和音响喇叭，也有带有铁镍合金钴等金属材料的资料如抗干扰磁环，螺钉，电阻器， LCD侧板及其机壳这些。一样依据安培定律有工作电流经过的电线也会形成电磁场，如图所示12。

　　磁力计的主要原理

　　图12 电流量对电磁场发生的危害

　　为了更好地校正这种来源于线路板的电磁场影响，关键的作业也是利用测算将γ求出。

　　4.1 平面图校正方式

　　对于XY轴的校正，将配置有磁感应器的机器设备在XY平面图内匀速转动，如图所示11，等额的于将地磁场方向矢量素材绕着过点O（γx，γy）垂直平分XY平面图的法向转动，而鲜红色的圆为电磁场矢量素材在转动全过程中在XY平面图内投射的运动轨迹。这能够寻找圆心的位置为（（Xmax Xmin）/2， （Ymax Ymin）/2）。 一样将设施在XZ平面图旋转能够获得地磁场方向在XZ平面图上的运动轨迹圆，这能够求出三维空间中的电磁场影响矢量素材γ（γx， γy， γz）。

　　4.2 立体式8字校正方式

　　一般状况下，当含有感应器的机器设备半空中每个方位转动时，精确测量值构成的空间几何构造事实上是一个球体，全部的采集点都落在这一球的外表上，如图所示13所显示，这一点同两维平面图内投射获得的圆相近。

　　磁力计的主要原理

　　图13 地磁场方向室内空间转动后在感应器室内空间座标内获得圆球

　　这类情形下，能够根据充足的样版点求出圆心点O（γx， γy， γz）， 即固定不动电磁场影响矢量素材的尺寸及方位。公式计算以下：

　　磁力计的主要原理

　　8字校正法规定客户应用必须校对的机器设备半空中做8字摇晃，正常情况下尽可能多的让机器设备法向方位偏向室内空间的全部八个象限，如图所示14所示。

　　磁力计的主要原理

　　图14 机器设备的上空8字校正平面图

　　4.2 十面校正方式

　　一样，根据下列10面校正方式，还可以做到校正的目地。

　　磁力计的主要原理

　　如图16所显示，历经10面校正方式以后，一样能够取样到之上上述圆球表层的一部分运动轨迹，进而计算出球心的位置，即固定不动电磁场影响矢量素材的尺寸及方位。

　　磁力计的主要原理

　　5．歪斜赔偿及航倾角测算

　　历经校正后电子器件罗盘在水准表面早已能够正常的应用了。可是大量的情况下手机上并并不是维持水准的，一般它和平面都是有一个交角。这一交角会危害前进方向角的精密度，必须根据瞬时速度感应器开展歪斜赔偿。

　　针对一个物件半空中的姿势，网站导航里早就有界定，如图所示17所显示，Android中也使用了这一界定。Pitch（Φ）界定为x轴和平面的交角，图例方位为正方位；Roll（θ）界定为y轴和平面的交角，图例方位为正方位。由Pitch角造成的前进方向角的偏差如图所示18所显示。能够看得出，在x轴方位10度的倾角就可以造成前进方向角最大7-9度的偏差。

　　磁力计的主要原理磁力计的主要原理

　　图17 Pitch角和Roll角界定 图18 Pitch角造成的前进方向角偏差

　　手机上半空中的歪斜姿势如图所示19所显示，根据3轴速度感应器监测出三个轴上重力加速的份量，再根据式2能够测算出Pitch和Roll。

　　磁力计的主要原理

　　图19 手机上半空中的歪斜姿势

　　磁力计的主要原理

　　式3能够将磁力计测出的三轴数据信息（XM，YM ，ZM）根据Pitch和Roll转换为式1中测算前进方向角必须的Hy和Hx。以后再运用式1测算出前进方向角。

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