磁傳感器在物聯(lián)網(wǎng)設備中起著重要作用，今天我們將來討論三種最流行的磁性技術。

　　無線技術的最新進展已導致低成本，低功耗的SoC（片上系統(tǒng)）支持多種無線協(xié)議，例如藍牙，Zigbee，Z-Wave和ANT+。借助這些SoC，開發(fā)人員可以設計家庭，企業(yè)，工廠和環(huán)境周圍的設備，以及植入或植入人體和動物體內的設備，這些設備可以感知周圍環(huán)境并通過Internet進行通信。此類設備通常稱為IoT（物聯(lián)網(wǎng)）設備。

　　IoT設備中常用的三種類型的磁傳感器是TMR（隧道磁阻）傳感器，裸簧片開關和霍爾傳感器。

　　磁傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應用

　　首先，接近感應在磁性傳感器中非常普遍。

　　典型的例子是在家庭安全系統(tǒng)中常見的窗戶和門傳感器（圖1），該傳感器安裝在門或窗戶的門框或外殼上，磁鐵安裝在傳感器附近的門或窗扇上。當門或窗戶打開時，傳感器會檢測到?jīng)]有磁場，并將狀態(tài)無線傳輸?shù)桨踩到y(tǒng)基站。

　　圖1：磁性傳感器在許多常見的防盜警報器的操作中起著至關重要的作用。

　　磁傳感器也可以用于計數(shù)車輪和儀表的旋轉。在出廠設置中，測量液體流量的流量計（圖2）通常利用磁傳感器來感應葉輪的旋轉。在自行車上，磁傳感器計算車輪和曲軸的旋轉。

　　圖2：流量計使用磁傳感器測量葉輪的旋轉來測量液體的流量。

　　磁性傳感器還可以用于使用磁性浮子和一系列傳感器來測量液位，這些傳感器可以隨著浮子隨液位的變化而感測浮子。所有這些應用都利用固定表面上的磁傳感器與相對于傳感器移動的附近表面上的磁體一起工作。

　　IoT設備通常需要模式選擇轉盤或擋板，使用戶可以手動選擇適當?shù)哪Ｊ交蚣墑e設置。傳統(tǒng)的實現(xiàn)方式是使用隨著表盤旋轉而打開和關閉的機電觸點。但是，隨著時間的流逝，電氣工程師發(fā)現(xiàn)機電觸點很容易出現(xiàn)故障，并且可以通過在每個模式位置使用磁傳感器和旋轉以激活傳感器的磁體的無接觸設計來代替。

　　最后，越來越普遍的磁傳感器應用是觸發(fā)“開機”功能。尤其對于氣密，小型電池供電的IoT設備，設計人員需要一種方法來使設備保持“斷電”或“睡眠”模式，直到準備好由用戶部署為止。一個很好的例子是可穿戴式連續(xù)血糖儀，該血糖儀用于測量人體葡萄糖水平并將其傳達給患者，醫(yī)生和胰島素泵（圖3）。

　　圖3：可穿戴式血糖儀使用磁傳感器觸發(fā)“喚醒”或“開機”功能。

　　1、裸簧片開關

　　機械開關和電池“卡舌”可以使設備斷電，但不幸的是，它們也使設備的電子設備容易受到惡劣環(huán)境的影響。一種優(yōu)選的方法是在密封設備內部使用一個磁傳感器，并在設備外部使用一個小磁鐵，通常嵌入設備的保護性包裝中。這樣，當將設備從包裝中取出時（同時又遠離磁體的磁場），傳感器的輸出就會改變，并且電路會“打開”該設備。這種方法不僅可以節(jié)省電池電量，還可以節(jié)省電池電量。它還為用戶提供了“即時”或“即開即用”的體驗。

　　所有這些磁傳感器功能的重要考慮因素包括功耗，靈敏度，輸出響應選項，尺寸，可靠性和成本。有幾種常見的磁傳感器選項–每個選項在物聯(lián)網(wǎng)設備方面都有其優(yōu)缺點。

　　最古老的磁性傳感器，也是使用時間最長的傳感器，是古老的簧片開關。簧片開關是一種機電設備，由兩個黑色金屬“簧片”組成，每個簧片均連接至引線并封裝在玻璃管內。磁場將兩個簧片拉在一起，從而閉合電路。磁簧開關通常用于各種IoT設備中，最值得注意的是用于安全系統(tǒng)，儀表和可植入醫(yī)療設備的窗戶和門傳感器。

　　磁簧開關的最大優(yōu)點是它們是消耗零功率的無源設備。磁簧開關還具有簡單，便宜，靈敏度范圍有限的優(yōu)勢。但是，磁簧開關有幾個明顯的局限性。磁簧開關的限制之一是尺寸。最常見的簧片開關的長度為10mm-對于某些物聯(lián)網(wǎng)設備來說是可接受的，但對于許多傳感器尺寸小于1mm平方范圍的可穿戴和植入式設備而言，這是可接受的。

　　可以使用較小的簧片開關（長度不超過5mm），但它們非常昂貴且難以獲得。簧片開關由于其機械特性和玻璃管設計固有的脆弱性，其可靠性也很差。包覆成型的簧片開關通過保護玻璃管和引出管的引線周圍的密封件來提高可靠性，但這增加了成本以及尺寸。

　　2、霍爾傳感器

　　經(jīng)受時間考驗的另一種磁性傳感器類型是霍爾效應傳感器。霍爾效應是跨導體的電壓差（霍爾電壓）的產(chǎn)生，該電壓差垂直于導體中的電流以及垂直于電流的施加磁場。

　　作為固態(tài)CMOS技術，霍爾效應傳感器體積小，可靠且成本低。霍爾傳感器的最大缺點是電流消耗。大多數(shù)霍爾效應傳感器超過幾個微安培（μA）的電流，這對于許多電池供電的IoT設備來說是個問題。

　　3、磁阻（MR）傳感器

　　磁傳感器的最后一類是磁阻（MR）傳感器。基于導體的電阻會在存在磁場的情況下發(fā)生變化的原理，已開發(fā)出不同的MR技術作為MR傳感器的基礎。

　　盡管所有這些傳感器都具有固態(tài)IC的優(yōu)勢，體積小，成本低和可靠性高，但隧道磁阻（TMR）傳感器卻具有最高靈敏度和最低功耗的組合。TMR傳感器的功耗低至200nA以下，代表了需要磁傳感器功能的電池供電IoT設備的范例轉變。此外，TMR傳感器是所有MR傳感器中最靈敏的，并且等效于最靈敏的簧片開關的靈敏度。高度靈敏的傳感器可以使用更小，更便宜的磁體或更長的激活距離。

　　總結：

　　表1總結了簧片開關，霍爾傳感器和TMR傳感器的相對優(yōu)缺點。在功耗，開關頻率，可靠性，靈敏度，尺寸，抗干擾性和成本方面，TMR傳感器在其他磁傳感技術上均名列前茅。

　　表1：該表比較了簧片開關，霍爾效應和TMR（隧道磁阻）傳感器的顯著特征。

　　一旦選擇了適合您需求的最佳傳感器技術，仍然需要決定哪種傳感器輸出，傳感器極性響應，感應頻率和磁靈敏度最適合您的應用。然后，設計磁子系統(tǒng)便面臨挑戰(zhàn)。（確定傳感器的方向，磁體的位置以及磁體的尺寸和類型，以滿足操作要求并限制成本）。

　　大多數(shù)機電產(chǎn)品設計工程師都沒有經(jīng)驗，知識或工具來正確設計和驗證磁感應設計。在這種情況下，這些物聯(lián)網(wǎng)設備設計人員應選擇磁傳感器供應商，這些供應商應提供專門的應用工程支持，知識和工具，以協(xié)助磁傳感設計過程。

　　“物聯(lián)網(wǎng)”可能是一個行業(yè)流行詞，但這是一個非常現(xiàn)實的趨勢，正在觸及我們世界上許多不同的應用程序。磁傳感器提供的技術可以支持IoT世界中不斷變化的設備，但設備設計人員必須了解不同類型的好處，才能為其設計選擇正確的解決方案。