PNI自成立之初，就專(zhuān)注于為精確磁導(dǎo)航和定位研究領(lǐng)域提供先進(jìn)的產(chǎn)品和技術(shù)支持服務(wù)，多年來(lái)推出了一系列性能出色的產(chǎn)品，包括各類(lèi)電子羅盤(pán)和磁元件。PNI不僅在磁導(dǎo)航方面擁有領(lǐng)先的算法開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，而且其MI（磁感）傳感器至今仍是世界上精度最高的磁感元件。下面我們一起來(lái)揭開(kāi)，這樣一款高精度的磁傳感器背后工作的“秘密”。

圖1：PNI磁傳感器元件及ASCI驅(qū)動(dòng)芯片

圖2是PNI磁感式（MI）傳感器的實(shí)際簡(jiǎn)要應(yīng)用電路。這是一個(gè)典型的LR振蕩電路，其中，電感元件由傳感器中的高磁導(dǎo)率磁芯和纏繞在其四周的螺旋管組成，電阻則需要用戶(hù)提供。除此之外，電路中還有一個(gè)用于狀態(tài)切換的施密特觸發(fā)器。

圖2：PNI磁傳感器典型應(yīng)用電路圖
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當(dāng)圖中電路接通電源后，由物理規(guī)律可知，傳感器處的磁場(chǎng)強(qiáng)度H由兩部分組成：一部分是外界磁場(chǎng)強(qiáng)度HE；另一部分則是電流所產(chǎn)生的，大小與電流成正比，可表示為k0I（k0為常數(shù)）。所以，可以得到如下關(guān)系式：

H=HE+k0I

在圖2的工作電路中，假設(shè)施密特觸發(fā)器的閾值電壓為VH，并且當(dāng)輸入電壓（A點(diǎn)電壓）為0或某個(gè)小于閾值電壓的值VL時(shí)，觸發(fā)器的邏輯狀態(tài)降為“1”，同時(shí)輸出大小為VS的電壓信號(hào)。在此條件下，電路中傳感器兩端的電壓會(huì)逐漸增加，直到A點(diǎn)的電壓上升到VH時(shí)，觸發(fā)器的邏輯狀態(tài)會(huì)轉(zhuǎn)換為“0”，從而使得傳感器上的電壓又開(kāi)始慢慢減小。如圖3，上半部分所示為是施密特觸發(fā)器邏輯狀態(tài)波形圖，下半部分為A點(diǎn)處的實(shí)際電壓變化波形圖。

圖3：振蕩電路輸出波形與觸發(fā)器邏輯狀態(tài)變化圖
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圖4是磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率μ與磁場(chǎng)強(qiáng)度H的關(guān)系。正如圖2所示，電路中的偏置電阻Rb和以及觸發(fā)器的參數(shù)特性均經(jīng)過(guò)挑選，從而使得傳感器在受到正向或負(fù)向電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度能處于圖5所示的虛線(xiàn)區(qū)域中。注意當(dāng)沒(méi)有外界磁場(chǎng)時(shí)，無(wú)論是正向或負(fù)向驅(qū)動(dòng)，都能得到相同波形圖。

圖4：磁導(dǎo)率與磁場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系

圖5：無(wú)外部磁場(chǎng)環(huán)境下振蕩電路輸出波形與磁場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系

當(dāng)將外界磁場(chǎng)HE（如地球磁場(chǎng)強(qiáng)度）也一起考慮進(jìn)來(lái)時(shí)，圖5中正向驅(qū)動(dòng)和負(fù)向驅(qū)動(dòng)的情況都會(huì)受到影響。由于HE的方向一定，從而導(dǎo)致圖5中的磁場(chǎng)范圍向同一方向發(fā)生移動(dòng)。結(jié)果是一種情況下的磁導(dǎo)率增加，另一種情況下減小。從而導(dǎo)致兩種情況下的電感系數(shù)不再相同，振蕩電路的電壓波形周期τ也隨之增大或減小，如圖6所示。

圖6：存在外部磁場(chǎng)情況下震蕩電路輸出波形與磁場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系

然后分別通過(guò)測(cè)量在正向電壓和負(fù)向電壓情況下，相同數(shù)量的波形周期時(shí)間，并進(jìn)行對(duì)比和計(jì)算，就能夠得到外部的磁場(chǎng)強(qiáng)度HE。

PNI磁傳感器的優(yōu)點(diǎn)：

數(shù)字輸出。PNI磁傳感器的ASIC芯片可直接輸出與磁場(chǎng)大小相關(guān)的數(shù)字信號(hào)，不像其他模擬信號(hào)輸出的產(chǎn)品，需要額外的放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器等硬件。

高分辨率，分辨率可達(dá)10NT。其他同類(lèi)的產(chǎn)品很難做到，或要花費(fèi)相對(duì)高昂的代價(jià)才能實(shí)現(xiàn)。

低功耗。傳感器的功耗與采樣率有關(guān)，如當(dāng)采樣率為8Hz時(shí)，傳感器的功耗在1.5mW左右，300Hz時(shí)，功耗在7.5mW。而一般的MR（磁阻）傳感器的功耗普遍在15mW到30mW。

溫度性能好，無(wú)磁滯效應(yīng)。傳感器的正/反向電壓驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)原理，從根本上杜絕了磁滯效應(yīng)的影響。而傳感器由于溫度影響而帶來(lái)的輸出誤差，也在正負(fù)方向上相互抵消。

審核編輯：符乾江