Spis treści:
Magnetický senzor – pro většinu z nás nenápadný – je velmi důležitou součástí mnoha zařízení. Zajímalo vás někdy, jak funguje a k čemu se dá použít? Přečtěte si další informace.
Magnetické senzory - historie vývoje
První pozorování magnetických jevů se datují již do starověku, ale teprve v 19. století jsme díky výzkumům vědců, jako byli Michael Faraday a James Clerk Maxwell, začali chápat, jak magnetismus funguje a jak ho využít. Faraday zkoumal vztah mezi elektřinou a magnetismem a zavedl pojem magnetického pole. Maxwell naopak sformuloval čtyři základní rovnice, které popisují chování elektrického a magnetického pole.
První skutečné magnetické senzory, jak je známe dnes, se začaly objevovat až ve 20. století. To bylo umožněno rozvojem polovodičové technologie, která umožnila miniaturizaci a zvýšení citlivosti těchto zařízení.
V roce 1955 byl v Bell Labs (výzkumné a vývojové oddělení finské telekomunikační společnosti Nokia, původně založené jako výzkumné středisko AT&T) vynalezen první magnetický senzor založený na polovodičové technologii. Jednalo se o průlom v oblasti senzorové techniky, protože umožnil využití magnetismu v běžně dostupné digitální technologii.
Od té doby se technologie magnetických senzorů neustále vyvíjela. Dnes se tato malá zařízení, často ne větší než mince, nacházejí na mnoha místech, od kompasů v našich chytrých telefonech přes senzory v automobilech až po pokročilé měřicí systémy v průmyslu a medicíně. O jejich roli v těchto oblastech si povíme více v následujících částech našeho článku.
Magnetický senzor - konstrukční schéma a princip činnosti
Magnetické senzory mají navzdory své složité úloze poměrně jednoduchou strukturu a princip činnosti. Ačkoli různé typy senzorů mohou mít různé konstrukční detaily, základní prvky jsou společné.
Nejjednodušší magnetický senzor se skládá ze dvou hlavních součástí: permanentního magnetu (nebo cívky, která vytváří magnetické pole) a Hallova senzoru (nebo jiné součásti citlivé na magnetické pole). Hallův snímač je polovodičový prvek, který mění své elektrické vlastnosti pod vlivem magnetického pole, což umožňuje detekci tohoto pole.
Princip magnetického senzoru je založen na Hallově jevu. Když Hallovým senzorem protéká proud a ten je ponořen do magnetického pole, indukuje se příčné napětí (Hallovo napětí), které je úměrné intenzitě magnetického pole. Měřením tohoto napětí je magnetický senzor schopen určit přítomnost a sílu magnetického pole.
Přečtěte si o různých typech magnetických senzorů
Při popisu konstrukčního schématu a principu fungování magnetických senzorů jsme se zmínili o tom, že existují různé typy. Chcete vědět, jaké jsou to typy? Zde je odpověď!
- Nejběžnější Hallovy senzory pracují na principu Hallova jevu, který spočívá ve vytvoření příčného napětí v materiálu, kterým protéká proud a který je vystaven magnetickému poli. Jsou užitečné zejména tam, kde je třeba zjistit přítomnost magnetického pole a změřit jeho sílu.
- Magnetorezistory – využívají jevu magnetorezistence, tj. změny elektrického odporu pod vlivem magnetického pole. Často se používají ve snímačích polohy, kde se odpor mění v závislosti na umístění magnetu.
- Magnetooptické senzory – využívají Faradayův jev změny polarizace světla pod vlivem magnetického pole. Tyto typy senzorů se používají méně často, ale lze je použít ve velmi specifických aplikacích, kde je třeba detekovat velmi malé změny magnetického pole.
- Indukční senzory – využívají jevu elektromagnetické indukce, tj. vzniku proudu v obvodu pod vlivem měnícího se magnetického pole. Používají se především k detekci kovových předmětů.
- Magnetické senzory na bázi magnetometru – měří sílu a směr magnetického pole. Používají se především v geofyzice a planetární vědě, ale také v navigaci a mobilních zařízeních, jako jsou smartphony.
- Senzory založené na paměti MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) – využívají k zápisu a čtení dat jev tunelové magnetorezistence. Používají se v moderních počítačových pamětech.
Magnetický senzor - příklady použití v praxi
Typy magnetických senzorů již znáte a víte, že jich je poměrně hodně. A k čemu jsou v praxi? Zde je několik příkladů:
- Automatizace a robotika – magnetické senzory se používají pro snímání polohy ve strojích a robotech a pomáhají monitorovat a řídit mechanické pohyby. Jsou klíčovou součástí mnoha automatických řídicích systémů.
- Automobilový průmysl – tyto snímače se používají ke sledování otáček motoru, zjišťování polohy kol a měření rychlosti vozidla. Nacházejí se také v systémech ABS, které řídí činnost brzdového systému.
- Spotřební elektronika – v elektronických kompasech, například v smartphonech, se magnetické senzory používají k určení směru vzhledem k magnetickému poli Země.
- Výroba energie – v transformátorových stanicích se magnetické senzory používají k monitorování proudového toku ve velkých přenosových vedeních.
- Medicína – v medicíně se magnetické senzory používají v systémech magnetické rezonance (MRI), které umožňují vytvářet detailní snímky vnitřku těla pacienta.
- Geofyzika – magnetické senzory se používají k měření magnetického pole Země, k detekci tektonických změn nebo k seismickým studiím.
- Bezpečnost – magnetické senzory se často používají v zabezpečovacích systémech. Do dveří a oken se instalují malé magnety, které v kombinaci s magnetickým senzorem detekují jejich otevření.
To jsou jen některé z aplikací magnetických senzorů. Díky své všestrannosti a širokým možnostem jsou tato malá zařízení neviditelnou, ale nezbytnou součástí našeho každodenního života.
