PNI自成立之初，就專注于為精確磁導(dǎo)航和定位研究領(lǐng)域提供先進的產(chǎn)品和技術(shù)支持服務(wù)，多年來推出了一系列性能出色的產(chǎn)品，包括各類電子羅盤和磁元件。PNI不僅在磁導(dǎo)航方面擁有領(lǐng)先的算法開發(fā)經(jīng)驗，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。下面我們一起來揭開，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)動芯片

圖2是PNI磁感式（MI）傳感器的實際簡要應(yīng)用電路。這是一個典型的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，電阻則需要用戶提供。除此之外，電路中還有一個用于狀態(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，傳感器處的磁場強度H由兩部分組成：一部分是外界磁場強度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點電壓）為0或某個小于閾值電壓的值VL時，觸發(fā)器的邏輯狀態(tài)降為“1”，同時輸出大小為VS的電壓信號。在此條件下，電路中傳感器兩端的電壓會逐漸增加，直到A點的電壓上升到VH時，觸發(fā)器的邏輯狀態(tài)會轉(zhuǎn)換為“0”，從而使得傳感器上的電壓又開始慢慢減小。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點處的實際電壓變化波形圖。

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與磁場強度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)過挑選，從而使得傳感器在受到正向或負(fù)向電壓驅(qū)動時，所產(chǎn)生的磁場強度能處于圖5所示的虛線區(qū)域中。注意當(dāng)沒有外界磁場時，無論是正向或負(fù)向驅(qū)動，都能得到相同波形圖。

圖4：磁導(dǎo)率與磁場強度關(guān)系

圖5：無外部磁場環(huán)境下振蕩電路輸出波形與磁場強度關(guān)系

當(dāng)將外界磁場HE（如地球磁場強度）也一起考慮進來時，圖5中正向驅(qū)動和負(fù)向驅(qū)動的情況都會受到影響。由于HE的方向一定，從而導(dǎo)致圖5中的磁場范圍向同一方向發(fā)生移動。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：存在外部磁場情況下震蕩電路輸出波形與磁場強度關(guān)系

然后分別通過測量在正向電壓和負(fù)向電壓情況下，相同數(shù)量的波形周期時間，并進行對比和計算，就能夠得到外部的磁場強度HE。

PNI磁傳感器的優(yōu)點：

數(shù)字輸出。PNI磁傳感器的ASIC芯片可直接輸出與磁場大小相關(guān)的數(shù)字信號，不像其他模擬信號輸出的產(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。其他同類的產(chǎn)品很難做到，或要花費相對高昂的代價才能實現(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，傳感器的功耗在1.5mW左右，300Hz時，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，無磁滯效應(yīng)。傳感器的正/反向電壓驅(qū)動的設(shè)計原理，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的輸出誤差，也在正負(fù)方向上相互抵消。

審核編輯：符乾江