磁阻傳感器在鐵礦濃度檢測(cè)中應(yīng)用

摘要：為快速有效地對(duì)鐵礦漿濃度進(jìn)行檢測(cè)，保證精礦質(zhì)量，采用了基于磁阻傳感器的新型檢測(cè)系統(tǒng)。本文闡明磁阻傳感器檢測(cè)礦漿濃度的工作原理，著重介紹了hmc1021芯片置位和復(fù)位電路特點(diǎn)，檢測(cè)、放大及V／F轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)方法。對(duì)磁阻傳感器在磁選機(jī)中的安放位置進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試證明該系統(tǒng)在使用過(guò)程中運(yùn)行狀況良好，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，提高了生產(chǎn)效率、節(jié)約了大量能源。同時(shí)也為Hmc1021磁阻傳感器在礦山其它選礦設(shè)備應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：磁阻傳感器；濃度檢測(cè)；置位和復(fù)位電路；V／F轉(zhuǎn)換

0 引言
能源緊張、環(huán)境惡化已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。中國(guó)是世界第二大能源生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。國(guó)家“十一五”發(fā)展規(guī)劃更是明確了節(jié)能減排的約束性指標(biāo)。提高精礦質(zhì)量、控制尾礦品位，保證回收率是礦企的責(zé)任。本文就是在這樣的大背景下，通過(guò)應(yīng)用磁阻傳感器快速準(zhǔn)確檢測(cè)礦漿濃度，單片機(jī)接收檢測(cè)信號(hào)發(fā)出指令控制排礦閥門(mén)達(dá)到節(jié)能減排的目的。
新型的磁密度hmc1021傳感器(HMC1021S是一種8pin SOIC封裝的單軸磁阻傳感器。磁場(chǎng)范圍是+／-6高斯，分辨率為85微高斯，靈敏度為1mV／V／高斯)靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)，它的指標(biāo)可以提高我們的檢測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)控制，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中效果非常好，典型應(yīng)用包括汽車(chē)檢測(cè)、電磁檢漏、電子羅盤(pán)、遙控飛機(jī)、航空模型等需要二維定位的場(chǎng)合。本次設(shè)計(jì)中我們用hmc1021傳感器與磁場(chǎng)的線性關(guān)系來(lái)測(cè)量磁選機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度，擴(kuò)展了磁阻傳感器的應(yīng)用。

1 HMC磁阻傳感器工作原理
1．1 磁效應(yīng)
物質(zhì)在磁場(chǎng)中電阻發(fā)生變化的現(xiàn)象稱(chēng)為磁電阻效應(yīng)。磁電阻效應(yīng)有普通與各向異性之分。各向異性磁電阻效應(yīng)指；當(dāng)外加磁場(chǎng)偏離強(qiáng)磁性金屬(鐵、鈷、鎳及其合金)內(nèi)部的磁化方向時(shí)，金屬的電阻減小，而平行時(shí)基木上沒(méi)有變化，玻莫合金薄膜的電阻率ρ依賴(lài)于磁化強(qiáng)度M和電流I方向的夾角，即500“this．style．width=500；”>玻莫合金(Fe20Ni80)在弱磁場(chǎng)下電阻變化量比較大，因此，適合于弱磁場(chǎng)條件下使用。
1．2 HMC磁阻傳感器的特點(diǎn)
整個(gè)傳感器最關(guān)鍵的部分是其中的惠斯通電橋。當(dāng)外加磁場(chǎng)后，電橋的電阻變化，引起傳感器輸出電壓Uout變化：Uout=(△R／R)Ub，式中Ub為傳感器工作電壓。
霍尼韋爾磁阻傳感器是簡(jiǎn)單的電阻電橋設(shè)備(圖1)，只需要一個(gè)供電電壓便可測(cè)量磁場(chǎng)。當(dāng)0-10伏的電壓連接到橋路上時(shí)傳感器開(kāi)始測(cè)量軸線內(nèi)的環(huán)境磁場(chǎng)或施加磁場(chǎng)。除了電橋電路外傳感器的芯片上有兩個(gè)磁耦合的電流帶一偏置電流帶和置位／復(fù)位電流帶。這些電流帶是霍尼韋爾的專(zhuān)利，它省去了外部加裝線圈的需要。磁阻傳感器是由在硅圓片上電積的一個(gè)薄層鎳鐵(或稱(chēng)坡莫合金或鎳鐵導(dǎo)磁合金)薄膜制成，并布置成一個(gè)電阻帶，存在施加磁場(chǎng)時(shí)，電橋電阻的變化使電壓輸出產(chǎn)生相應(yīng)的變化。

通常施加在薄膜側(cè)的外部磁場(chǎng)使磁力線產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)并改變其角度，這又使電阻值發(fā)生變化(△R／R)，并造成惠斯通電橋的電壓輸出的變化。這種鎳鐵電阻的變化被稱(chēng)作磁阻效應(yīng)，它直接與電流的方向和磁化矢量有關(guān)。制造過(guò)程中，敏感軸(磁場(chǎng)方向)被設(shè)置為沿薄膜長(zhǎng)度的方向，這樣可使施加在鎳鐵薄膜的磁場(chǎng)導(dǎo)致電阻值的最大變化。但是沿敏感軸的強(qiáng)磁場(chǎng)(大于10高斯)的影響，會(huì)擾亂或翻轉(zhuǎn)薄膜磁化的極性，改變傳感器的特性。針對(duì)這樣的擾動(dòng)磁場(chǎng)，為了恢復(fù)位后的響應(yīng)或置位傳感器的特性，必須短暫地施加一個(gè)強(qiáng)的恢復(fù)磁場(chǎng)，這種做法被稱(chēng)作施加置位脈沖或復(fù)位脈沖。電橋輸出信號(hào)的極性取決于此內(nèi)部薄膜的磁化方向并且與零磁場(chǎng)輸出相對(duì)稱(chēng)。置位和復(fù)位電流帶用來(lái)修正傳感器靈敏度。在外場(chǎng)超過(guò)10×10-4T的磁場(chǎng)會(huì)打亂傳感器內(nèi)部磁疇的極化方向，改變傳感器的輸出特性，降低靈敏度。利用置位和復(fù)位電流帶上施加脈沖，使內(nèi)部磁疇的極化方向統(tǒng)一，提高靈敏度。