广州周立功单片机发展有限公司Tel(020)3873097638730916Fax38730925http//www.zlgmcu.com电子指南针KMZ52的原理介绍KMZ52是一个使用坡莫合金薄片的磁阻效应来测量磁场的高灵敏度的磁传感器感器器件里包含两个正交的磁敏电阻桥完整的补偿线圈和设置/复位线圈补偿线圈的输出和当前的测量结果形成一个闭环反馈使得传感器的灵敏度不受地域的限制主要应用于导航通用地磁测量和交通检测等KMZ52的内部机构如下Iflip2VO2VO2Icomp2VCC1Iflip1Iflip1VO1161514131211109Z4Z1bridgeZ2bridge21Z3Iflip2VCC2GND2Icomp2GND1Icomp1Icomp1VO1图1KMZ52的内部结构框图引脚说明符号引脚说明符号引脚说明+Iflip21翻转线圈+Vo19电阻桥电压输出Vcc22电阻桥电源-Iflip110翻转线圈GND23地+Iflip111翻转线圈+Icomp24补偿线圈Vcc112电阻桥电源GND15地-Icomp213补偿线圈+Icomp16补偿线圈-Vo214电阻桥电压输出-Icomp17补偿线圈+Vo215电阻桥电压输出-Vo18电阻桥电压输出-Iflip216翻转线圈从KMZ52的结构图中可以看出KMZ52中的测量输出为两组电阻桥的电压变化输出电阻桥由四个磁敏电阻组成磁敏电阻会根据磁场的变化来改变自身的电阻值根据霍尔效应的原理半导体里的电子运动轨迹会受到磁场作用而横向偏移这种偏移改变了电子运动的路径因而呈现了电阻改变的特性KMZ52的磁敏电阻的结构示意图如下电流方向斑马条(铝)磁场感应方向HyII翻转磁场方向坡莫合金图2KMZ52磁敏电阻结构示意图KMZ52磁敏电阻是在金属铝的表面上沉积了一定厚度的高磁导率的坡莫合金在翻转线圈和外界磁-1-广州周立功单片机发展有限公司Tel(020)3873097638730916Fax38730925http//www.zlgmcu.com场两个力的作用下电子改变了运动方向使得磁敏电阻的阻值发生变化同时KMZ52的斑马条电阻是成45o放置这样使得电子在正反的磁场力作用下有较好的对称性因为加进了翻转磁场使得KMZ52的变化曲线与普通的磁敏电阻不同更加线性化KMZ52磁敏电阻与普通磁敏电阻的变化曲线比较如下图R(Hy)abRo(Hy=Ho)虚线部分为普通磁敏电阻变化曲线实线部分为斑马条磁敏电阻变化曲线图3磁敏特性比较在翻转线圈的作用下使得KMZ52磁敏电阻阻值变化的中点平移上去可以更加方便的测量外界磁场正反两个方向的变化同时翻转线圈还起着磁场偏置点校正的作用因为磁敏电阻桥的平衡点会随着环境的不同而改变翻转线圈产生的正反两个方向的磁场和外界磁场的合力使得磁敏电阻产生两个相反的变化曲线如图4所示图4磁敏电阻在翻转线圈的作用下的变化曲线我们假定在同一个测量周期里外界的环境是不变的一个测量周期为10ms左右那么两条曲线的交点就是磁场传感器的偏置点了翻转线圈测量的应用框图见图5图5翻转线圈测量的应用框图加在翻转线圈的电流脉冲的时间要求十分短只有几十微秒输出信号首先经过预放大器然后进入高通滤波器滤去偏置电压最后经过一个与翻转信号的相位同步处理后输出测量电压翻转电路的各点电压波形如如图6-2-广州周立功单片机发展有限公司Tel(020)3873097638730916Fax38730925http//www.zlgmcu.com(a)预放大器波形(b)高通滤波器波形(c)电压输出波形图6翻转电路的各点输出波形在上图中用正反两次测量出来的值就可以计算出偏置电压和输出的电压1V=(Vp+Vn)offset21V=(Vp−Vn)=Vp−Vx,y2offset用翻转线圈来校正偏置点是作了一个假定外界的测量环境不变但在实际应用中测量环境是一直在变化的其中环境温度对KMZ52磁场传感器的灵敏度的影响最大在测量中是不能被忽视图7磁敏电阻输出温度特性-3-广州周立功单片机发展有限公司Tel(020)3873097638730916Fax38730925http//www.zlgmcu.com上图是磁敏电阻在不同温度中的输出特性从图中可以看出磁场传感器的灵敏度随着温度的上升而减少由于测量的角度的正切为Vy/Vx但X和Y是两个不同的传感器的输出因此为了提高测量的精度就要对其中的一个值进行校正使得指南针旋转一圈测量出来的Vx和Vy的值所组成的曲线为一个