铁磁靶相对磁导率对背偏传感器输出的影响
铁磁靶相对磁导率对背偏传感器输出的影响
作者：Yannick Vuillermet，
雷竞技竞猜下载Allegro微系统欧洲有限公司
介绍
本应用说明旨在描述目标相对磁导率对Allegro背偏磁传感器输出的影响。
传感器性能在很大程度上取决于目标机械几何结构。在速度应用的情况下，齿和谷的几何形状是关键的，但这些机械性能不是本应用说明的主题。这里，假设目标是为客户应用程序精心设计的。相反，本应雷竞技最新网址用说明侧重于目标铁磁性材料的特性，尤其是磁导率。
本应用笔记的实际目标是定义最小目标材料相对渗透率，以确保应用中的最佳传感器性能。本应用笔记适用于使用与铁磁目标相关的背偏置传感器的任何应用：速度传感器（凸雷竞技最新网址轮，曲柄，传输等），位置传感器（线性，角度等）等。
铁磁性材料特性
当一种材料在外磁场中（从永磁体、线圈中的电流、地磁场等）倾向于获得磁化时，就称之为铁磁性材料。在铁磁性材料中，材料的磁化强度与产生的内部磁场一致。与永磁体相反，铁磁性材料的剩磁强度在没有磁场的情况下非常小
外加电场。
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）。小时是磁场，日本是磁极化，JS.是饱和时的极化，以及μ是磁导率。磁极化日本与磁化有关米通过这种关系：
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性相比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都是完全有效的。雷竞技最新网址在这种线性条件下，μ – μ0是斜坡J（小时）曲线，以及：
B=μ0×μr×h(3)
因此，对目标材料很重要的唯一磁性参数是相对渗透性，微升. 基本上，磁导率表示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1000A / m磁场值，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场中的铁磁材料将具有更小的内部H字段。作为示例，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看到5 OE（或〜400A / m）H字段，并且典型的形式尺寸为0.4（见下一个部分）。这种行为是由于退磁领域，否则表示，从该领域开始，该领域本身就会产生。总之，重要的是要记住，从后偏磁铁（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。
该表提供了一些常用材料的磁性相对渗透性。
| 材料 | 磁相对磁导率 |
| 空气 | 1 |
| 铜 | 1 |
| 钕磁铁 | 1.05 |
| 钢* | 1至4000 |
| Permololoy. | 8,000 |
| μ-金属 | >20,000 |
资料来源：https://en.wikipedia.org/wiki/permeability_（Electromagnetism）
*请注意，一些钢变体不是磁性的，例如，一些不锈钢。
渗透率与形状系数
铁磁性材料的磁化由两个主要参数驱动：磁导率和物体的形状（形状因子）。
下面通过一个非常简单的例子说明这两个参数是如何影响磁化的。
在椭球体物体的情况下，无论施加在物体上的均匀外磁场是什么，材料内部的磁化是均匀的。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值。
图3显示了放置在均匀场中的椭球体何沿着十以及均匀磁化日本.
在这种情况下，假设没有材料磁饱和，磁化强度由下式给出：
在这个等式中，Nx公司是椭球体的形状因子十. 此参数取决于椭球体的形状，并且始终小于1。拉长的物体十方向将有一个小的Nx公司（例如Nx公司= 0.1). 一个具体的例子是具有Nx公司= 1/3。
图4显示了一些形状因子的物体极化与相对渗透率的关系。显然，在外场方向拉长的物体更容易磁化。更有趣的是，我们可以注意到，在给定的渗透率水平以上，物体的偏振只取决于物体的形状。当1/(微升–1）相对于形状系数Nx变得可以忽略不计。
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，无论对象形状如何，一旦相对渗透率大于300，就达到了至少95％的最大磁化。
这一数字将在下一段的实际应用中得到确认。
典型应用示例：带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公司放置在Allegro 60x参考目标前面的传输部分（图6）。ATS699LSN是一个差分部分，具有三个霍尔板（左，中心，右）和两个差分通道（左心和中心右）。以下仅考虑一个通道的输出。
此零件的典型工作气隙为1 mm和2 mm，气隙由传感器的标记面和目标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，在波形之间只有（小）差异微升=10，位置约为3°。无论相对渗透率如何，0°附近的位置都具有类似的行为，因为这些位置对应于目标的一个谷。
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。这些数字证实了先前所见的内容：为了保证最佳性能，目标材料相对渗透性应至少为300.相对渗透性的任何进一步增加对由传感器测量的磁信号具有边缘撞击。
如果铁磁靶材料具有小于300的相对渗透性，则并不意味着背偏偏置装置不起作用。它只适用于堕落的性能
与渗透率大的靶相比。例如，可以减小应用的最大工作气隙。
结论
最后，这个申请说明给出了一个简单的答案，“我的目标材料是否适合反偏差申请？“：为了获得最佳性能，目标材料的相对磁导率必须至少为300（H场<2000 A/m）。
然而，这是一个必要条件，但不是充分条件；具有适当的目标机械设计也是实现应用所需性能的强制性条件。
Allegro工程师可以帮助评估目标的材料是否适用于后偏安排。如果材料具有较低的相对渗透率，Allegro还可以提供支持来估计对应用程序性能的影响。