什么是磁力计？

了解磁力计的基础知识，包括它们与磁滞曲线的关系及其应用。

磁力计是可以测量磁场大小或方向的设备。它们几乎无处不在电子产品中。它们可能像智能手机用来检测它是否直立一样简单，也可能像 NASA 用来测量火星磁场的那样复杂。

在这里，我们将了解磁力计的基本原理及其应用。在后续文章中，我们将详细介绍特定类型的磁力计。

磁力计如何工作？

磁力计通常通过间接方法测量所谓的磁矩。面积为 A 且电流为 I 的闭合回路的磁矩是一个矢量，其大小等于 I 乘以 A。该回路所承受的扭矩等于磁矩乘以磁场。

在数学上，磁矩表示如下：

$$\overrightarrow{\tau} =\overrightarrow{m} \times \overrightarrow{B}$$

哪里

• τ =扭矩
• m =磁矩
• B =外部磁场

作为矢量，磁场的方向与其振幅一样重要。一些磁力计可以同时测量磁场的方向和大小（矢量磁力计），而另一些只能测量其幅度（标量磁力计）。

关于单位，国际系统 (SI) 单位是 Am ² .但是，通常看到它以许多其他单位表示，例如 $$\frac{erg}{G}$$，其中 erg 是等效于 10 ^-7 的能量单位 焦耳，G 为一高斯。

磁力计和磁滞曲线

当磁性材料浸入磁场中时，它们的特性会发生变化。根据这些材料在施加磁场之前和之后对场的反应方式，它们可分为顺磁性、抗磁性或铁磁性材料组。除此之外，还有非磁性材料，呈现出弱磁性。

表示磁特性的最佳工具是磁滞曲线。它表示相对于磁场强度 H 的磁通密度 B。

图 1. 滞后曲线示例。图片由 NDT 资源中心提供

磁性材料最突出的方面是，即使我们去除外力，它们仍保持磁化（即，它们表现出保持力）。然后，要使材料返回其初始点，需要施加负磁场强度 (H) 使其退磁（矫顽力）。

由于磁性材料的特殊性和广泛的应用，能够以良好的分辨率测量其性质，给物理和材料领域带来了一场革命。

高灵敏度电子测量

与许多其他传感器一样，磁性传感器伴随着一组电子系统，以便处理小的电信号并通过微控制器、处理器或人类生成可读输入。这些系统的设计和构建是一项挑战，因为在大多数情况下，信号非常小并且对噪声非常敏感。因此，设计人员需要在电路复杂性、传感器容量和成本之间取得平衡。

有经常使用且相对简单的组件，例如滤波器或放大器，但也有其他更复杂的组件，例如调制解调链或锁定放大器。

随着小型化的进展，经常会发现部分模拟调节电路是在信号链中的集成电路 (IC) 内部实现的，因为与分立解决方案相比，它更不容易出错且更紧凑。

图 2。 霍尔传感器 IC 的内部部件。图片由 Allegro 提供

另一方面，集成解决方案可能不太灵活。在特定或新颖的应用中工作时，设计人员可能更喜欢离散选项，因为他们可能需要开发新的调节链。

磁力计应用

磁力计广泛用于日常应用。通常，最复杂的传感器是为高度专业化的实验室保留的，例如斯特拉斯堡的材料物理和化学。此类磁力计可能包括振动样品磁力计、SQUID 磁力计和 AGFM（替代梯度场磁力计）等。

霍尔效应传感器广泛用于磁场较强的应用中。他们最大的应用是电机驱动应用中的运动检测和控制。

图 3。 霍尔传感器 IC。图片由 Microchip 提供

通常会放置一些传感器，通常是两个或三个，空间分布在电机轴周围，触发传感器的金属部件位于它们前面。每次金属部件经过传感器前，它们都会生成一个方波或正弦信号，用于计算速度或位置。

市场上也很容易找到 MEMS 磁力计。它们通常是惯性运动单元 (IMU) 的一部分，用于测量加速度、角速度和磁场。 STMicroelectronics 的电子罗盘等模型可以集成在 PCB 中，然后连接到其他部件，例如滤波器或微控制器。您可能会发现这些磁力计用于智能手机屏幕中的运动检测等应用，可根据显示器的水平或垂直方向自动调整显示器的信息。

关于磁力计，您还想了解哪些其他信息？在下面的评论中分享您的问题。