铁磁靶相对磁导率对反向偏置传感器输出的影响
铁磁靶相对磁导率对反向偏置传感器输出的影响
由亚尼克Vuillermet
亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems欧洲有限公司
介绍
本应用笔记的目的是描述目标相对磁导率对快板背偏磁传感器输出的影响。
传感器的性能在很大程度上取决于目标的机械几何形状。在速度应用的情况下，齿和谷的几何形状是至关亚博尊贵会员重要的，但这些机械性能不是本应用笔记的主题。这里假设目标是为客户应用程序精心设计的。相反，本应用笔记着重于目标铁磁材料的性质，特别是磁导率。
本应用笔记的实际目标是定义目标材料的最小相对渗透率，以保证传感器在应用中的最佳性能。这个应用笔记适用于任何使用与铁磁目标相关的反向偏置传感器的应用:速度传感器亚博尊贵会员(凸轮，曲柄，变速器等)，位置传感器(线性，角度等)，等等。
铁磁材料特性
当一种材料放置在外部磁场(从永磁体，从线圈中的电流，从地磁场等)中获得磁化时，它被称为铁磁材料。在铁磁材料中，材料的磁化强度与产生的内场对齐。与永磁体相反，铁磁材料的剩余磁化强度很小
应用外部场。
图1是表示上述属性的简化方式。在该图中，假设材料行为在低场中纯度是线性的，并且没有滞后（这相当于这里没有再伸缩磁化）。H是磁场，J是磁极，JS.偏振是否饱和μ为磁导率。磁偏振J与磁化有关吗米有了这种关系：
J = μ0 × m（1）
相对渗透率定义为材料的渗透率与自由空间的渗透率相比μ0：
在下文中，假设材料仅用于线性范围。此假设在Allegro传感器目标的大多数应用程序中是完全有效的。亚博尊贵会员在这种线性条件下，μ-μ0它的斜率是J (H)曲线,:
B =μ0×μr×h（3）
因此，唯一对目标材料的磁性参数是相对渗透性，μr．基本上，磁导率代表材料被外部磁场磁化的能力。
图2示出了钢铁1010的测量数据，其是与Allegro传感器组合使用的经典材料。看来，这种材料的相对渗透性总是在材料的线性范围内大于600，即表示H < 1000 A/m。
该材料中的该1000 A / M字段值，相当于〜12.5 OE（oSED） - 该看起来非常小 - 不得与空气中的磁场相比，例如由后偏置磁体产生。磁铁可以在空气中容易地生产几百高斯的B字段。然而，放置在该大B字段中的铁磁材料将具有更小的内部H字段。作为一个示例，对于在空气中产生600g磁场的磁体，根据等式3和4，通常仅看到300的相对渗透性的铁磁性材料通常仅参见5 OE（或〜400a / m）H字段，并且典型的形式尺寸为0.4（见下一节）。这种行为是由于脱磁领域，否则所说的材料从材料生成的领域。总之，重要的是要记住，从后偏置磁体（几百个高斯）的空气中的大场并不一定意味着铁磁材料在其非线性模式下工作。
该表给出了一些常用材料的磁性相对渗透性。
| 材料 | 磁相对渗透率 |
| 空气 | 1 |
| 铜 | 1 |
| 钕磁铁 | 1.05 |
| 钢* | 1到4000 |
| Permololoy. | 8，000 |
| μ-金属 | > 20000 |
来源:https://en.wikipedia.org/wiki/permeability_（电极机构）
*注意，有些钢的变体是没有磁性的，例如一些不锈钢。
渗透率与形状系数
铁磁材料的磁化由两个主要参数驱动:物体的磁导率和形状(形状因素)。
下面用一个非常简单的例子说明这两个参数是如何影响磁化的。
在椭球物体的情况下，无论均匀的外部磁场如何作用于物体，其内部的磁化强度都是均匀的。注意，这个椭球体可以看作是速度目标齿的一个非常粗略的近似。
图3显示了放置在均匀场中的椭球何沿着x以及均匀磁化J．
在这种情况下，假设材料没有磁饱和，磁化强度为:
在这个方程式中，Nx椭球的形状因子是沿什么方向的x．这个参数取决于椭球的形状，并且总是小于1。被拉长的物体x方向将有一个小的Nx(例如Nx= 0.1)。一个特殊的例子是Nx= 1/3。
图4显示了物体的偏振与一些形状因素的相对渗透率。显然，在外场方向拉长的物体更容易磁化。更有趣的是，人们可以注意到，在给定的渗透率水平之上，物体的偏振只取决于物体的形状。当1 / (μr- 1)与形状因子Nx相比可以忽略不计。
图5显示了相同的曲线，但具有归一化极化，以更好地看到渗透率。看来，无论物质形状，一旦相对渗透率大于300，就达到了至少95％的最大磁化。
这个数字将在下一段的实际应用中得到确认。
典型应用示例:带有ATS699LSN速度传感器的Allegro 60X参考目标
现在，考虑一个典型的速度应用程序，使用ATS699LSN放置在Allegro 60X参考目标前面的传输部分（图6）。ATS699LSN是具有三个霍尔板（左，中心和右）和两个差分通道（左心和中心右）的差分部分。以下仅考虑一个通道的输出。
该部件的典型工作气隙为1毫米和2毫米，气隙由传感器贴牌面与目标牙齿顶部之间的距离定义。
图7给出了当目标在一个半时段前方传感器前方的一个通道的归一化输出。该图表明差分场波形几乎不依赖于相对磁导率。可以观察到，波形之间只有（小）差异μr位置在3°左右= 10。无论相对渗透率如何，0°附近的位置都有类似的行为，因为这些位置对应于目标的山谷。
图8和图9分别给出了通道与1mm和2mm气隙的相对渗透率的峰 - 峰差。这些数字证实了之前所见的内容：为了保证最佳性能，目标材料相对渗透性应至少为300.相对渗透率的任何进一步增加对传感器测量的磁信号具有边际撞击。
如果铁磁靶材料具有小于300的相对渗透率，则并不意味着背偏偏置装置不起作用。它只适用于劣化的性能
与渗透率大的目标相比。例如，可以减少应用程序的最大工作气隙。
结论
最后，这份申请笔记给出了一个简单的答案，“我的目标材料是否适合反向倾斜的申请?”: h场< 2000 A/m时，目标材料的相对磁导率必须至少为300，才能获得最佳性能。
然而，这是一个必要条件，而不是充分条件;有一个适当的目标机械设计也是强制性的，以实现应用所需的性能。
Allegro的工程师可以帮助评估目标的材料是否适应背偏排列。如果材料的相对渗透率较低，Allegro还可以提供支持，评估对应用性能的影响。