控制的魅力：磁传感技术在楼宇自动化中的应用

发布于2022-04-20

大家应该都听说过“异性相吸”这句话， 并知道这个短语是从磁学中衍生出来的。在磁学中，相反的磁极，即北极 (N) 和南极 (S) 会相互吸引。小时候玩磁铁时可能也看到过这种现象。但是，许多人并没有意识到磁铁在日常生活中还被用于许多系统和产品中。

今天的楼宇和家庭都配备了智能技术，以实现更安全、更方便和节能的生活。Littelfuse是全球知名的磁感应解决方案供应商。其楼宇自动化解决方案能够帮助设计人员创建物联网 (IoT) 设备，以提高楼宇的安全性、可靠性、便利性和能效。而传感器解决方案提供与篡改、位置、速度和温度等变量相关的信息。接下来本文将为大家介绍三种与楼宇自动化应用相关的磁传感器技术：磁簧、霍尔效应和隧道磁阻 (TMR)。

磁传感器技术

三种主要的磁传感器技术包括磁簧传感器、霍尔效应传感器和TMR传感器。

磁簧传感器

磁簧传感器是由外壳封装的磁簧开关，外壳可简化安装/连接，提供额外保护使其免受环境影响（图1）。这些磁簧传感器通常安装在机械系统中。裸磁簧开关可以很容易地安装在电路板上。然而，对于车门安全传感器等应用，磁簧开关需要一个保护壳/外壳来进行操作和安装。这些封装通过保护磁簧开关的裸玻璃来抵抗机械应力。磁簧传感器在工作时消耗的功率为零。它们可以承载高达100W的负载，有各种尺寸的NO、NC和CO型号供选择。此类开关可感应X、Y和Z方向的磁场，适用于超低功率电池应用。它们可以切换功率级负载，具有极大的安装灵活性，并能在较宽的温度范围内稳定运行。

图1：Littelfuse磁簧开可感应X、Y和Z方向的磁场，工作时消耗的功率为零，因此适用于超低功率电池供电型应用。（图源：贸泽电子）

霍尔效应传感器

霍尔效应传感器是半导体集成电路，具有对磁场作出响应的霍尔板（图2）。霍尔效应技术让精密传感器能够用于各种汽车、电子和工业产品应用。霍尔效应传感器提供用于接近和连续旋转或线性定位的数字或模拟输出信号。与磁簧开关不同，霍尔效应传感器包含有源固态电路，因此它在任何时候都会消耗电流。此类器件具有数字、模拟和可编程配置，非常适合高冲击或高振动环境。此外，这类器件具有很高的可靠性，能够切换数十亿次，适用于角位置传感和高速开关应用。

图2：图中所示为Littelfuse 55110法兰安装式霍尔效应传感器。霍尔效应器件在任何时候都会消耗电流，适用于角位置传感和高速开关应用。（图源：贸泽电子）

TMR传感器

TMR元件是一种新型的磁阻传感器。与霍尔效应传感技术相比，TMR传感器具有更好的线性度、更好的温度稳定性、更高的灵敏度和更低的功耗（图3）。此类传感器是没有运动部件的固态设备。与霍尔效应传感器一样，此类传感器也有数字和模拟两种形式，运行时的功率非常小（甚至低于霍尔效应传感器的功率）。其灵敏度高于上述两种类型的传感器。此类传感器可靠性高，能够切换数十亿次，非常适合高冲击和高振动环境。此外，在运行时还需要用到微型磁铁。

图3：与霍尔效应传感技术相比，Littelfuse TMR开关具有更好的线性度、更好的温度稳定性、更高的灵敏度和更低的功耗。（图源：贸泽电子）

设计注意事项

高噪声环境可能需要过压 (OV) 保护。霍尔效应和TMR传感器均对电磁干扰 (EMI) 和静电放电 (ESD) 敏感， 因此在靠近电机、发电机、电抗电路元件或长电缆线束 (>1m) 时，可能会造成损坏。设计工程师应考虑提供适当的保护器件，如用于高噪声场合的Littelfuse瞬态电压抑制器 (TVS) 二极管，以及用于低噪声场合的Littelfuse SD05单/双向TVS二极管。

表1：磁感应应用示例

建筑工程计量与安防应用

磁簧传感器在防篡改应用中具有明显的优势。磁簧传感器不耗电，因此可以延长系统电池寿命，并提供3D防篡改保护。在仪表计数方面，磁簧传感器目前更具优势；然而，在电池寿命不那么重要的情况下，也可使用TMR传感器。磁簧传感器在此领域以及计数应用方面，有着超过1亿次的安装记录。磁簧传感器可以说是室内安防应用的大赢家。更换为磁簧传感器可以节省电池寿命，且无需求助维修电话。

结语

今天的建筑和家庭都配备了智能技术，以实现更安全、更方便和节能的生活。Littelfuse磁性传感器可以说是楼宇自动化控制的一个极具吸引力的选择。

作者简介

Paul Golata于2011年加入贸泽电子。作为高级技术专家，Paul通过推动战略领导、战术执行以及先进技术相关产品的整体产品线和营销指导，为贸泽的成功做出了突出贡献。他通过撰写独特而富有价值的技术内容为设计工程师提供最新的电气工程信息和趋势，帮助贸泽电子成为大家最青睐的电子元器件分销商。在加入贸泽电子之前，Paul曾在Hughes Aircraft Company、Melles Griot、Piper Jaffray、Balzers Optics、JDSU和Arrow Electronics的制造、营销和销售相关部门担任过多种职务。他拥有伊利诺伊州芝加哥市德锐理工学院 (DeVry Institute of Technology) 的电机工程学士学位；加利福尼亚州马里布市佩珀代因大学 (Pepperdine University) 的工商管理硕士学位；德克萨斯州沃思堡市西南浸信会神学院（Southwestern Baptist Theological Seminary）的神学和商业领导力双硕士学位以及西南浸信会神学院的博士学位。