磁阻傳感器在鐵礦濃度檢測中應用

摘要：為快速有效地對鐵礦漿濃度進行檢測，保證精礦質(zhì)量，采用了基于磁阻傳感器的新型檢測系統(tǒng)。本文闡明磁阻傳感器檢測礦漿濃度的工作原理，著重介紹了hmc1021芯片置位和復位電路特點，檢測、放大及V／F轉換電路設計方法。對磁阻傳感器在磁選機中的安放位置進行了詳細說明，現(xiàn)場測試證明該系統(tǒng)在使用過程中運行狀況良好，達到了設計要求，提高了生產(chǎn)效率、節(jié)約了大量能源。同時也為Hmc1021磁阻傳感器在礦山其它選礦設備應用打下基礎。
關鍵詞：磁阻傳感器；濃度檢測；置位和復位電路；V／F轉換

0 引言
能源緊張、環(huán)境惡化已成為全球關注的熱點和焦點。中國是世界第二大能源生產(chǎn)和消費國。國家“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。提高精礦質(zhì)量、控制尾礦品位，保證回收率是礦企的責任。本文就是在這樣的大背景下，通過應用磁阻傳感器快速準確檢測礦漿濃度，單片機接收檢測信號發(fā)出指令控制排礦閥門達到節(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，它的指標可以提高我們的檢測精度，實現(xiàn)更優(yōu)控制，實際應用過程中效果非常好，典型應用包括汽車檢測、電磁檢漏、電子羅盤、遙控飛機、航空模型等需要二維定位的場合。本次設計中我們用hmc1021傳感器與磁場的線性關系來測量磁選機內(nèi)部的磁場強度，擴展了磁阻傳感器的應用。

1 HMC磁阻傳感器工作原理
1．1 磁效應
物質(zhì)在磁場中電阻發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁電阻效應。磁電阻效應有普通與各向異性之分。各向異性磁電阻效應指；當外加磁場偏離強磁性金屬(鐵、鈷、鎳及其合金)內(nèi)部的磁化方向時，金屬的電阻減小，而平行時基木上沒有變化，玻莫合金薄膜的電阻率ρ依賴于磁化強度M和電流I方向的夾角，即500“this．style．width=500；”>玻莫合金(Fe20Ni80)在弱磁場下電阻變化量比較大，因此，適合于弱磁場條件下使用。
1．2 HMC磁阻傳感器的特點
整個傳感器最關鍵的部分是其中的惠斯通電橋。當外加磁場后，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單的電阻電橋設備(圖1)，只需要一個供電電壓便可測量磁場。當0-10伏的電壓連接到橋路上時傳感器開始測量軸線內(nèi)的環(huán)境磁場或施加磁場。除了電橋電路外傳感器的芯片上有兩個磁耦合的電流帶一偏置電流帶和置位／復位電流帶。這些電流帶是霍尼韋爾的專利，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薄層鎳鐵(或稱坡莫合金或鎳鐵導磁合金)薄膜制成，并布置成一個電阻帶，存在施加磁場時，電橋電阻的變化使電壓輸出產(chǎn)生相應的變化。

通常施加在薄膜側的外部磁場使磁力線產(chǎn)生旋轉并改變其角度，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作磁阻效應，它直接與電流的方向和磁化矢量有關。制造過程中，敏感軸(磁場方向)被設置為沿薄膜長度的方向，這樣可使施加在鎳鐵薄膜的磁場導致電阻值的最大變化。但是沿敏感軸的強磁場(大于10高斯)的影響，會擾亂或翻轉薄膜磁化的極性，改變傳感器的特性。針對這樣的擾動磁場，為了恢復位后的響應或置位傳感器的特性，必須短暫地施加一個強的恢復磁場，這種做法被稱作施加置位脈沖或復位脈沖。電橋輸出信號的極性取決于此內(nèi)部薄膜的磁化方向并且與零磁場輸出相對稱。置位和復位電流帶用來修正傳感器靈敏度。在外場超過10×10-4T的磁場會打亂傳感器內(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。