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汽车应用中磁阻传感器系统的建模和仿真种植

发布时间:2020-04-19 14:57:06 阅读: 来源:计量泵厂家

汽车应用中磁阻传感器系统的建模和仿真

摘要:传感器起着获取车辆数据及与周围环境交互的作用。与使用霍尔效应的方案相比,AMR传感器有许多优势,例如抖动更小和灵敏度更高,而这两种优点都会同等程度地提高测量精度或降低系统整体成本。由于所有部件都会影响系统响应的方式,所以对整个系统的仿真相当重要。本文以一种新型速度传感器为例介绍了整个系统的建模和仿真。

电子技术,尤其是传感器技术,作为获得汽车数据并与汽车周围环境相互作用的一种手段,对汽车的发展起到了决定性的作用。而磁阻效应就支持汽车中各种传感器应用。从三十年前首次在薄膜技术中使用开始,磁阻传感器在新的磁场测量应用领域中一直发挥着重要作用。

由传感器控制的系统作为汽车的一个重要组成部分,主要用于机械变量的无接触检测。此类传感器通常要么采用霍尔元件实现,要么基于各向异性磁阻(AMR)效应实现。AMR效应是凯尔文爵士在1857年发现的,事实证明该效应特别适合用来检测磁场。与使用霍尔效应的方案相比, AMR传感器有许多优势,例如抖动更小和灵敏度更高,而这两种优点都会同等程度地提高测量精度或降低系统整体成本。

汽车内的磁阻传感器的作用是确定角度和速度,其中磁场体现了一个机械系统的运动和位置情况。防滑系统以及引擎和传动控制都需要此类数据。由于所有部件都会影响系统响应的方式,所以对整个系统的仿真相当重要,特别是在规划和理解系统要求的阶段。下面以一种新型速度传感器为例介绍整个系统的建模和仿真。

信号检测

现代传感器系统基本上由两个部件组成,即一个基本传感器和一块信号处理ASIC(图1)。AMR效应通常出现在坡莫合金等含铁材料中。坡莫合金是81%镍和19%铁的合金,从20世纪初开始就一直被用作传感材料。图2是电流流过一块坡莫合金薄膜时的情形。在给坡莫合金外加磁场时,其阻抗变化正比于角度 正弦值的平方。像坡莫合金这样的铁磁体材料都有磁化强度指标,它是材料中每一点上定义的一个向量值。外部磁场会使这个磁向量的指向从电流方向开始产生旋转,从而导致阻抗变化。阻抗变化的大小取决于坡莫合金的特性,在出现磁场时其阻抗会发生2%-3%的变化。恩智浦公司所有传感器系统中的基本传感器都是用这种坡莫合金实现的。

确定速度所需的装置中包含两个组件:编码器轮和传感器系统。编码器轮可以是有源的也可以是无源的。有源轮是磁化了的,磁阻传感器可检测其南北极之间的变化。无源轮则用一个齿形结构代替了磁化,这种无源编码器轮通常容差很小。当传感器正对无源轮的一个齿或两齿之间的空隙时,它不会产生AMR元件磁向量的偏转。此时若不考虑外部噪声场,则输出信号应为0。如果传感器面对的是齿边缘,那么磁输入信号就变成极值。作为改变齿/间隙或间隙/齿的类型的函数,一个较好的近似结果是正弦磁输入信号的最小值或最大值。

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