技术说明

三轴磁传感器

为什么使用三维磁传感器?

你熟悉 "三轴磁传感器" 这个术语吗? 尽管磁传感器有着悠久的历史,而且世界各地都在使用众多类型的磁传感器,但三轴磁传感器是一种相对较新的磁传感器类型。 它们与其他磁传感器的主要区别在于,三轴磁传感器可以沿X、Y和Z轴同时检测三维磁场,而传统的磁传感器只能沿单轴检测磁场。 

在这一页,我们想解释一下三轴磁传感器的三个主要特点。

提高布局的灵活性

霍尔传感器和MR传感器是典型的磁传感器。 磁场源,如磁铁,已经在与运动有关的应用中与传感器相结合,如开/关开关和物体运动检测。 组件布局是使用磁传感器时必须牢记的一个关键点。

原则上,上述的磁传感器只检测来自特定方向的磁场。 因此,磁场源和传感器的位置之间的关系,以及物体如何移动,大大影响了应用性能。 然而,由于需要使产品更加紧凑和紧密集成部件,使得传感器和磁性元件的布局很难达到最佳状态。 这导致了无法达到目标规格的情况。

三轴磁传感器在方向上是独立的,因此它们能够检测来自任何方向的磁场。 换句话说,使用三轴磁传感器消除了适用于传感器/磁铁布局的一些限制,有助于提高设计的灵活性。 同样,分析沿每个轴获得的数据,使得建立对安装定位变化和其他变化具有高度抵抗力的系统成为可能。

增加布局自由度的概念性图像

检测三维空间中的任何运动

线性霍尔效应IC被广泛用于检测物体 (磁体) 的运动量。 然而,为了使线性霍尔效应IC准确地检测运动量,物体 (或传感器) 必须在一条直线上移动。 例如,线性霍尔效应IC可以精确地检测到磁铁朝向或远离传感器的运动,但不能检测到磁铁在与传感器保持相同距离的情况下旋转的运动。 同样,它们也不能准确地检测到相对于传感器在三维空间中移动的物体的运动。 

它们无法检测复杂的运动,因为它们只沿一个轴 (Z轴) 敏感。 如 "改进的布局灵活性" 项目所示,不仅磁场检测区域很小,而且即使物体被放置在检测区域内,线性霍尔效应集成电路也不能检测到磁场相对于传感器检测轴不发生变化的物体的运动,如物体的旋转运动。

三轴磁传感器是沿X轴、Y轴和Z轴的磁敏感度,所以它们不存在上述问题。 三轴磁传感器适用于检测复杂的运动。

磁性物体旋转时磁场变化的例子

实现一个能抵抗干扰磁场的系统

在使用磁传感器时总是出现的一个问题是如何处理并非由要检测的运动物体产生的磁场的不利影响--所谓的 "磁场干扰"。 

通过基于软件的传感器数据校正,可以减少按照事先设想的条件有规律地表现的磁场干扰的影响。 然而,如果有随机的磁场干扰,根据使用环境的不同而变化,应用性能将受到很大影响。例如,使用霍尔开关监测门是否被打开或关闭的安全产品是通过检测附着在门上的磁铁所施加的磁场是否超过霍尔开关的上限和下限。 

然而,由于霍尔开关仅有一个轴的轴向灵敏度,因此不可能确定所施加的磁场是源于连接在门上的磁铁,还是由其他磁场源产生的磁场干扰。 换句话说,一个恶意行为者,如小偷,通过将另一块磁铁靠近霍尔开关并控制所施加的磁场来欺骗开/关传感器,这在物理上是可能的。 

然而,当使用三维磁传感器时,可以分析施加在门上的磁场的矢量,以区分附着在门上的磁铁的磁场和磁场干扰。 换句话说,它使建立一个安全的门开/关检测系统成为可能,该系统能抵抗磁场干扰。

三轴磁传感器在门开/关检测应用中的优势实例

Glossary (Technology Key Words)

Here are some technology key words that often appear when you use sensors.

Tri-axis magnetic sensor

  • A tri-axis magnetic sensor is a sensor that can detect a magnetic field from any direction (X, Y, Z axes) applied to the sensor. In AKM, it is a group of products called "3-axis Magnetic Sensor" and "3D Magnetic Sensor."

Magnetic flux density

 
  • Magnetic field strength (H) multiplied by magnetic permeability (μ) is called magnetic flux density (B). The unit of magnetic flux density is generally Tesla [T]. 

Sensor sensitivity

  • In the case of a sensor with digital output, it refers to the minimum value of the magnetic field change required to change the output by one code. For example, in the case of a sensor whose sensitivity is "1.1 [μT / LSB]", when a magnetic field change of 1.1 [μT] occurs, the sensor's output code changes for the first time. This is synonymous with the resolution. 

Basic Knowledge of Magnetic Sensor

We explain the basic knowledge related to Asahi Kasei Microdevices Corporation (AKM) magnetic sensors.

  • #01 What's a Magnetic Sensor?
  • #02 About Hall Sensors
  • #03 Types and Principles of Hall Elements
  • #04 Ultra High-sensitivity Hall Element
  • #05 Low Drift Hall Element
  • #06 High-sensitivity Hall Element

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