高可靠性磁敏系列传感器的工业化生产

技术简介

       磁敏传感器是通过高灵敏度磁敏感功能材料研究与MEMS微电子器件开发，结合微处理器（Micro-computer），通过DSP数据处理实现智能化信号处理，非接触地将与磁场变化相关的多种运动形式转化为电信号输出，形成的各种各样传感器。

       工业动力源主要由电机驱动，所以旋转角度的精确测量在自动控制中凸显其重要的地位和作用。无触点磁敏角度传感器采用功能磁敏感材料通过特殊磁路非接触感应磁场变化，将其转变成电信号，构成角度传感器。北京科技大学弱磁检测及其应用工程研究中心以磁电子技术为核心，采用纳米集束材料与多种机制的磁敏感元件集成化，通过磁路、电路设计、利用微处理器进行线性度修正、温度补偿、信号标准化，研制的角度传感器其精度、可靠性均为国内最佳水平。在飞行器、制导炮弹的几个型号产品得到应用，特别是在舵翼小角度控制、GPS天线360°测控、无人机机翼减速挡板控制，操控杆、舱门、阀门等位置得到使用，在许多研制院所、科研机构、骨干企业得到广泛应用。

       随着工业自动化、智能控制、仪器仪表、机电一体化、物联网技术的飞速发展，市场对高精度、高可靠性、高性价比的传感器需求急剧增长，形成产业。本项目开发出高分辨率智能角度传感器，包括360°无触点角度传感器、分辨率12~16bit多种数字输出角度传感器、24bit多圈无触点角度传感器、高铁专用高差角度传感器等系列产品。倾斜角传感器分辨率0.008°线性度≤0.1%，温度特性≤0.02%高精度产品；高分辨率ABZ、UVW同时输出增量型磁编码器；PWM、SPI、RS232、RS485、RS422、格雷码、CAN总线等绝对位置磁编码器。产品处于国内领先水平，多个填补国内空白。产品已通过中试和计量部门检测，在高铁轨道安全检测、飞行器制导、大型医疗仪器姿态控制、电力与通讯高塔安全预警、纺织、阀门、汽车、仪器仪表众多领域三百余家企业、研究院所及军工单位得到应用。

技术指标

无触点磁敏角度传感器：
（1）实现360°全量程线性测量；
（2）旋转角度与输出电信号之间的线性度修正：达到≤0.1FS；
（3）智能温度补偿，实现-40～80℃，达到≤0.5%FS；-40～125℃全量程温度补偿力争，≤1%FS；
（4）可编程增益控制与输出信号标准化：通过对增益放大器程序控制与自动电子调谐，实现给定量程输出信号的标准化；
（5）数字量SPI、SSI、PWM、RS232、RS485、格雷码等多种输出形式；
磁编码器：
（1）增量磁编码器：1024～2048ppr，ABZ、UVW同时输出，转速：3,000rpm
（2）多段不同输出电压程序化设置和特殊输出模式程序化设置
（3）与无线通讯或增加网络接口实现磁敏角度传感器的网络化。
（4）开发出高分辨率绝对位置数字量角度传感器：分辨率12～16bit，精度12～14bit，抗振10KG，
（5）24bit多圈角度传感器
高精度倾斜角传感器：
（1）量程：0～360°，悬摆式倾斜角传感器，精度0.1°；
（2）MEMS倾斜角感器：精度0.1～0.01°-40～80°C，最高精度0.003°。

技术特点

       无触点角度传感器与传统的角度传感器（现多为导电塑料、旋转变压器）相比较，具有如下特点：

（1）敏感元件非接触信号感应
（2）无触点、无磨损，无接触电噪声；
（3）电性能寿命无限；（infinitive）
（4）响应速度从　0～10-9秒，反应迅速准确；
（5）灵敏度高，输出信号大，易于采集处理；
（6）分辨率高，可靠性高；
（7）利用磁敏感原件开发出的传感器结构简单，轻巧
（8）可适用于水、油、汽、粉尘等多种恶劣环境。
（9）耐震动抗冲击：20000G
（10）有些器件可以实现低功耗，特别适合于物联网对传感器的特性需求。
       磁敏角度传感器为不同用途配套，专业设计产品达到几十种，在行业内具有一定的品牌效应。
高精度大量程倾斜角传感器为自主开发的专利产品，采用多个小量程高分辨率的倾斜角敏感芯片通过空间位置组合，微处理器在不同的倾斜位置采集不同的敏感芯片，通过算法将各个敏感芯片线性度最好的信号部分通过程序算法处理并整合，转化为高精度的倾斜角信号。实现了在大的倾斜角度范围内实现高精度测量，精度0.003°该倾斜角传感器各项技术参数国内遥遥领先。
       多圈绝对位置编码器，采用韦根器件实现无附加电源或齿轮结构，实现断电转动时绝对位置测量，分辨率达到14bits，为国内首创。

应用领域和范围

       智能控制、自动化检测、物联网、仪器仪表、电机伺服控制系统，需要长使用寿命、高可靠性、高精度测量位移、角度、转速、倾斜角度等自动控制的场合。

专利状态

       已取得专利5项，申请专利2项。

技术状态

       小批量生产、工程应用阶段

合作方式

       合作开发、技术服务

投入需求

       1000万元

转化周期

       1～2年

预期效益

       无触点磁敏角度传感器与电动机配套实现自动控制，与各种机械转动位置产品需求量巨大，仅汽车电子需求量数百万只。工程机械、机器人、阀门、执行机构、纺织机械、数控机床、自动化生产线、飞行器姿态、舵翼、天线、军工等市场需求巨大。作为数字量角度、定位与转速测量的编码器，其市场需求量数十亿元，该项目工业化生产将会创造数以亿元的经济效益。

       倾斜角传感器在飞行器空中姿态检测、高速铁路铁轨水平度检测、大坝桥梁安全性检测、通讯塔、电力塔倾斜检测、危房预警报警、舰船姿态检测、工程机械、港口机械、起重机、吊车、机器人姿态控制、工程车辆姿态检测等领域。高精度倾斜角传感器对于整个工业自动化生产线智能化的提高有重大意义。仅北京通讯塔3.5万个，预计两年增到5万个；高铁北京段漏缆杆8000个，均要加装倾斜预警报警装置。仅此可以创造上亿的经济效益。