磁阻传感器在铁矿浓度检测中应用

摘要：为快速有效地对铁矿浆浓度进行检测，保证精矿质量，采用了基于磁阻传感器的新型检测系统。本文阐明磁阻传感器检测矿浆浓度的工作原理，着重介绍了hmc1021芯片置位和复位电路特点，检测、放大及V／F转换电路设计方法。对磁阻传感器在磁选机中的安放位置进行了详细说明，现场测试证明该系统在使用过程中运行状况良好，达到了设计要求，提高了生产效率、节约了大量能源。同时也为Hmc1021磁阻传感器在矿山其它选矿设备应用打下基础。
关键词：磁阻传感器；浓度检测；置位和复位电路；V／F转换

0 引言
能源紧张、环境恶化已成为全球关注的热点和焦点。中国是世界第二大能源生产和消费国。国家“十一五”发展规划更是明确了节能减排的约束性指标。提高精矿质量、控制尾矿品位，保证回收率是矿企的责任。本文就是在这样的大背景下，通过应用磁阻传感器快速准确检测矿浆浓度，单片机接收检测信号发出指令控制排矿阀门达到节能减排的目的。
新型的磁密度hmc1021传感器(HMC1021S是一种8pin SOIC封装的单轴磁阻传感器。磁场范围是+／-6高斯，分辨率为85微高斯，灵敏度为1mV／V／高斯)灵敏度高、抗干扰能力强，它的指标可以提高我们的检测精度，实现更优控制，实际应用过程中效果非常好，典型应用包括汽车检测、电磁检漏、电子罗盘、遥控飞机、航空模型等需要二维定位的场合。本次设计中我们用hmc1021传感器与磁场的线性关系来测量磁选机内部的磁场强度，扩展了磁阻传感器的应用。

1 HMC磁阻传感器工作原理
1．1 磁效应
物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁电阻效应。磁电阻效应有普通与各向异性之分。各向异性磁电阻效应指；当外加磁场偏离强磁性金属(铁、钴、镍及其合金)内部的磁化方向时，金属的电阻减小，而平行时基木上没有变化，玻莫合金薄膜的电阻率ρ依赖于磁化强度M和电流I方向的夹角，即500“this．style．width=500；”>玻莫合金(Fe20Ni80)在弱磁场下电阻变化量比较大，因此，适合于弱磁场条件下使用。
1．2 HMC磁阻传感器的特点
整个传感器最关键的部分是其中的惠斯通电桥。当外加磁场后，电桥的电阻变化，引起传感器输出电压Uout变化：Uout=(△R／R)Ub，式中Ub为传感器工作电压。
霍尼韦尔磁阻传感器是简单的电阻电桥设备(图1)，只需要一个供电电压便可测量磁场。当0-10伏的电压连接到桥路上时传感器开始测量轴线内的环境磁场或施加磁场。除了电桥电路外传感器的芯片上有两个磁耦合的电流带一偏置电流带和置位／复位电流带。这些电流带是霍尼韦尔的专利，它省去了外部加装线圈的需要。磁阻传感器是由在硅圆片上电积的一个薄层镍铁(或称坡莫合金或镍铁导磁合金)薄膜制成，并布置成一个电阻带，存在施加磁场时，电桥电阻的变化使电压输出产生相应的变化。

通常施加在薄膜侧的外部磁场使磁力线产生旋转并改变其角度，这又使电阻值发生变化(△R／R)，并造成惠斯通电桥的电压输出的变化。这种镍铁电阻的变化被称作磁阻效应，它直接与电流的方向和磁化矢量有关。制造过程中，敏感轴(磁场方向)被设置为沿薄膜长度的方向，这样可使施加在镍铁薄膜的磁场导致电阻值的最大变化。但是沿敏感轴的强磁场(大于10高斯)的影响，会扰乱或翻转薄膜磁化的极性，改变传感器的特性。针对这样的扰动磁场，为了恢复位后的响应或置位传感器的特性，必须短暂地施加一个强的恢复磁场，这种做法被称作施加置位脉冲或复位脉冲。电桥输出信号的极性取决于此内部薄膜的磁化方向并且与零磁场输出相对称。置位和复位电流带用来修正传感器灵敏度。在外场超过10×10-4T的磁场会打乱传感器内部磁畴的极化方向，改变传感器的输出特性，降低灵敏度。利用置位和复位电流带上施加脉冲，使内部磁畴的极化方向统一，提高灵敏度。