零功耗磁敏传感器

零功耗磁敏传感器又称韦根传感器，是利用韦根效应制成的一种无源磁敏器件。它无需外加工作电源便能将磁信号转变成电信号，输出信号幅值与磁场的变化速度无关，可实现“零速”传感。适用于微功耗仪表，如电子水表、电子气表、热量表、报警器和其它智能型仪表方面。

零功耗磁敏传感器的由来

零功耗磁敏传感器是利用韦根效应研制开发出的磁敏传感器。
1974年美国物理学家韦根特就发现：经过适当处理过的合金丝的金相会发生变化，其外壳矫顽力比内芯矫顽力大得多，依靠这种磁性的差异及一定的外加磁场条件，可以使内芯的磁化方向与外壳的磁化方向相同或相反，而且用确定的外磁场可以重复这种磁化改变。这种现象被称作“韦根效应”。

零功耗磁敏传感器的原理

零功耗磁敏传感器是利用韦根效应原理，用韦根特丝做成性能十分独特的磁敏传感器。
韦根特（Wiegand）效应：韦根特丝是用一种坡莫合金或维卡合金制成的新型功能合金丝234，直径 0.3 毫米。经特殊加工后，成为有外壳和内芯二层结构组成。外壳和内芯具有不同的矫顽力，外壳需要加比内芯高很多的磁场才能使其改变磁*性方向。
为了产生脉冲，采用两块磁场强度大小相等但*性相反的磁铁，形成工作磁场。磁铁**将韦根特丝的外壳和内芯按同一方向进行排组。在这过程中，**线芯的*性方向改变，然后外壳的*性方向发生改变。这一作用在检测线圈中产生了一个方向的电压脉冲输出。接着，将磁场旋转 180 度。韦根特丝将进入反向致偏状态时，**内芯的*性改变，其次外壳的*性又随之改变为起始的方向。这一过程又产生了一个相反方向的电压脉冲。只要磁铁不断旋转，传感器就能发出一对对，一正一负的脉冲信号。

零功耗磁敏传感器的优点

在其它各种磁敏传感器（如：霍尔器件、干簧管、半导体磁电阻、磁敏二*管、感应线圈式）中，没有任何一种能像零功耗磁敏传感器（零功耗磁敏传感器（韦根传感器））一样，同时具有以下多个优点：
（1） 不用电源，便可输出3～5V电压脉冲，能直接驱动微处理器，特别适用于要求零功耗传感器的低功耗如：用干电池供电的）智能仪表；
（2） 在0～20kHz的频响范围内，输出电压脉冲的幅度与宽度（约20μs）恒定，不随传感器与永磁体之间的相对运动速度变化，可实现超低速（“零速”）检测；
（3） 传感器与永磁体间的工作距离大，可以达到15㎜，输出不低于3V；30㎜时，仍然可以输出100mV以上；
（4） 工作温度范围宽达-196℃～＋300℃；
（5） 当外加激励磁场的*性发生跳变时，传感器才输出一个脉冲信号，这一特性使得零功耗磁敏传感器（零功耗磁敏传感器（韦根传感器））在工程应用中没有不稳定的临界状态，增强了抗干扰能力；
（6） 输出脉冲幅度及宽度与传感器与外部磁铁之间的相对运动速度无关，始终保持恒定。

零功耗磁敏传感器的设计

零功耗磁敏传感器（韦根传感器）两引线可不分正负，直接接入后级信号处理电路。
一、磁路设计
零功耗磁敏传感器（韦根传感器）和韦根模块能否正常工作，关键在于磁路设计：
1、应使用N、S双磁*交替触发，两磁*间的距离要接近或大于传感器长度。例如在水表中可使用φ9.5 mm铁氧体磁环。亦可使用一对磁钢，两磁*之间距离一般不要小于9mm。
2、磁体安装位置应使得磁力线方向平行于传感器敏感丝（参见触发方式和安装方法）。
3、传感器敏感丝所处位置的触发磁感应强度应确保不小于*小值，而不宜大于*大值。要注意某些使用场合（例如热量表）磁体的磁场强度会随环境温度的升高而衰减，旋转部件可能会因机械磨损而使得磁体与传感器之间的距离变远，因此初始设计时要将触发磁感应强度设定在略大于*佳值附近。
4、要注意磁屏蔽，防止周围杂散磁场的干扰。
例：在电子水表和电子热量表应用中，目前多数厂家使用φ9.5mm配套铁氧体磁环（磁环为一对N、S磁*，表面*大磁感应强度为90 mT以上）。为减小机械磨损和温度对磁场的影响，确保仪表长期可靠运行，建议在设计时将触发磁场初始工作点设定在8～9 mT左右。据测量，此时磁环表面至传感器（模块）底面*适宜的距离为2.0 mm，*大不要超过2.5mm。
二、电路设计
当作为流量计量仪表的计数传感器应用时，为防止各种可能的干扰，确保计数准确，建议采取以下措施：
1、零功耗磁敏传感器（韦根传感器）信号要经整形电路整形后再接入单片机。该整形电路可有效消除信号杂波，使得传感器工作更可靠。整形后，电路两输出端依次输出一对高低电平相反的标准方波，方波幅值为电路电源电压，宽度约为30μS，方波频率与触发磁场交变频率相同。本公司开发的WG504韦根模块就是将零功耗磁敏传感器（韦根传感器）与整形电路集成在一起，使用起来更方便。
2、单片机两输入端应分别采集整形电路两输出端（即韦根模块两输出端）的信号，并且每当采集到一对高低电平时，后级计数器才加“1”。
注意，如果只采集零功耗磁敏传感器（韦根传感器）半波信号或整形电路的一输出端信号，可能会造成误计数。
3、每当采集到一个方波信号后的5mS内，单片机不要立即采集信号，软件安排单片机做其它工作。

零功耗磁敏传感器的应用

1、可广泛应用于：
◆电子式水表、气表、电表和远程抄表系统
◆过程控制设备中传送速度的测量
◆运动方向的敏感
◆在工程中测量转动速度和其他机械上的自动化应用
◆转速仪、速度表以及其他转子式计量装置
2、应用领域 ：
当永磁体与探头之间发生相对运动时，丝上作用有适当的外磁场，内芯磁化跳变，检测线圈便会输出感应电压脉冲。因此，可以用此数字电压脉冲检测永磁体（永磁体的载体）的运动，应用于间接测量多种物理量的仪表，如：流量计、速度计、转数表、里程表、转角检测器，以及汽车自动点火位置分配器、汽缸活塞位置检测器、无电源脉冲发生器、无触点限位开关、识别卡及其读出器等等。