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在機(jī)電背景下使用磁阻式速度傳感器進(jìn)行位置檢測(cè)有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？

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開(kāi)爾文勛爵在1857年發(fā)現(xiàn)了磁電阻，當(dāng)時(shí)他注意到當(dāng)他把一塊鐵放在磁場(chǎng)中時(shí)，它的電阻會(huì)發(fā)生輕微的變化。但過(guò)了100多年后，亨特才在1971年報(bào)告了第一個(gè)磁阻（MR）傳感器的概念。又過(guò)了20年，IBM才在1991年將第一個(gè)磁阻頭引入硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，它使用磁阻材料條來(lái)檢測(cè)比特。早些時(shí)候，磁阻傳感器被用于要求不高的價(jià)格標(biāo)簽和徽章閱讀器（只讀）和磁帶（1985年）的應(yīng)用。亨特元件的幾何形狀--一個(gè)具有感應(yīng)電流I和磁化矢量M的磁阻薄膜，在薄膜平面上對(duì)電流的信號(hào)決定角度。耦合到軟磁傳感器材料中的磁場(chǎng)Hy將改變條紋的電阻率，這是由感應(yīng)電流探測(cè)到的。

過(guò)渡金屬中的磁阻效應(yīng)的物理根源在于對(duì)電子散射的磁化方向的依賴，在過(guò)渡金屬中，電流的主要載體是4s電子，因?yàn)樗鼈儽?d電子有更高的遷移率。當(dāng)電子平行于磁化方向移動(dòng)時(shí)，電子從s帶到d帶的散射被發(fā)現(xiàn)是最高的。磁阻執(zhí)行器和傳感器是利用氣隙中磁通量的變化來(lái)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或檢測(cè)位置的設(shè)備。它們廣泛用于工業(yè)、汽車(chē)和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，但它們也有一些局限性和挑戰(zhàn)。
磁阻傳感器的工作原理
磁阻傳感器由一個(gè)繞有線圈的鐵磁芯和一個(gè)可改變磁芯與元件之間氣隙的可移動(dòng)元件組成。氣隙影響磁路的磁阻或電阻，進(jìn)而影響線圈的電感。通過(guò)測(cè)量線圈中感應(yīng)的電壓或電流，可以推斷出可移動(dòng)元件的位置?？梢苿?dòng)元件可以是磁鐵、鐵磁性物體或附有磁鐵的非磁性物體。
磁阻傳感器基本上可以分為兩組，在高場(chǎng)應(yīng)用中，例如所施加的場(chǎng)強(qiáng)足以使軟磁傳感器材料飽和（大致為H>10 kA/m），傳感器中的磁化矢量總是（幾乎）與所施加的場(chǎng)平行。磁阻式高場(chǎng)傳感器的一個(gè)常見(jiàn)應(yīng)用是非接觸式角度傳感器，在低場(chǎng)應(yīng)用中，磁化矢量主要由條帶的形式?jīng)Q定，因?yàn)榇呕@示出對(duì)縱向的自然偏好。外場(chǎng)導(dǎo)致磁化在條帶中的扭曲α，由于磁阻效應(yīng)而改變電阻。線性低場(chǎng)傳感器，通常在這種模式下工作。
磁阻傳感器的優(yōu)點(diǎn)
與光學(xué)、電容或超聲波傳感器等其他類(lèi)型的位置傳感器相比，磁阻傳感器具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)包括穩(wěn)健性、簡(jiǎn)單緊湊的設(shè)計(jì)、低成本、非接觸式和非侵入式操作、高分辨率和準(zhǔn)確性、快速響應(yīng)和寬帶寬。磁阻傳感器耐灰塵、污垢、濕氣和溫度變化，使其適用于惡劣的環(huán)境。它們只需要一個(gè)線圈和一個(gè)磁芯，無(wú)需電子設(shè)備或信號(hào)調(diào)節(jié)。此外，根據(jù)傳感器的設(shè)計(jì)和校準(zhǔn)，它們可以以極佳的線性度捕捉動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)。
磁阻傳感器的缺點(diǎn)
磁阻傳感器有一些缺點(diǎn)會(huì)限制其性能和適用性，例如對(duì)外部磁場(chǎng)和渦流的敏感性，這會(huì)導(dǎo)致信號(hào)中的噪聲和失真、大氣隙下的非線性特性、有限的范圍和靈敏度、遲滯和溫度影響，以及功耗和發(fā)熱問(wèn)題。在某些應(yīng)用中，需要高靈敏度，有可能在沒(méi)有偏壓場(chǎng)的情況下工作。要做到這一點(diǎn)，必須對(duì)傳感器進(jìn)行良好的預(yù)處理：在測(cè)量之前，通過(guò)一個(gè)短的磁脈沖在一個(gè)確定的X方向上翻轉(zhuǎn)磁化（預(yù)磁化）。為了防止在預(yù)磁化和測(cè)量之間的時(shí)間內(nèi)條紋磁化翻轉(zhuǎn)，外部場(chǎng)必須限制在大約小于0.5 kA/m。這些問(wèn)題會(huì)影響傳感器的可重復(fù)性、穩(wěn)定性、可靠性和效率。
磁阻傳感器的應(yīng)用
磁阻傳感器在機(jī)電的各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，例如，它們可用于監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子或電樞位置、換向角、扭矩或電機(jī)、發(fā)電機(jī)和變壓器中的磁鏈。它們還可以控制執(zhí)行器、閥門(mén)、螺線管和繼電器的沖程、力或壓力。此外，它們還可以檢測(cè)物體的存在與否、物體的距離或角度，或者工業(yè)、汽車(chē)和生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)中液體或氣體的液位。此外，它們還可以測(cè)量機(jī)械結(jié)構(gòu)和材料的固有頻率、阻尼比或振型。