磁通門磁力計(jì)是用于導(dǎo)航和測(cè)量磁梯度的最古老的非低溫磁力計(jì)之一。通過精確測(cè)量磁場(chǎng)，這些設(shè)備可用于引導(dǎo)從船舶到航天器的所有物體，以及測(cè)量磁場(chǎng)以進(jìn)行磁測(cè)繪和檢測(cè)特定的磁特征。在這次綜合探索中，我們深入研究了磁通門磁力計(jì)的工作機(jī)制。
磁通門磁力計(jì)的核心是一個(gè)由高磁導(dǎo)率材料（如坡莫合金或高導(dǎo)磁合金）制成的環(huán)形磁芯。該磁芯被兩個(gè)線圈包圍：產(chǎn)生磁場(chǎng)的初級(jí)線圈和檢測(cè)磁場(chǎng)變化的次級(jí)線圈。
磁通門磁力計(jì)的操作取決于這些組件與其設(shè)計(jì)用于測(cè)量的外部磁場(chǎng)之間的相互作用：
? 磁芯材料和線圈布置：磁芯材料通常是非晶態(tài)金屬，對(duì)于設(shè)備的靈敏度和準(zhǔn)確性至關(guān)重要。初級(jí)線圈在磁芯中感應(yīng)出一個(gè)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)在相反方向上交替飽和。這種交替飽和會(huì)調(diào)制任何外部磁場(chǎng)，然后由次級(jí)線圈檢測(cè)到。
? 信號(hào)處理：這種調(diào)制在次級(jí)線圈中產(chǎn)生信號(hào)，通過鎖定檢測(cè)和濾波技術(shù)進(jìn)行放大和處理。其結(jié)果是對(duì)外部磁場(chǎng)進(jìn)行高度靈敏和準(zhǔn)確的測(cè)量。
磁通門可以達(dá)到皮特斯拉的靈敏度和分辨率，但需要非常特殊的鐵磁坡莫合金芯材料，例如含有 6% 鉬、81.3% 鎳和其余鐵的 6-81 坡莫合金。性能還取決于磁芯材料的精確纏繞。磁通門磁力計(jì)需要定制的坡莫合金磁芯材料，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此成為一種昂貴的傳感器，有些傳感器僅傳感元件本身的成本就高達(dá) 10,000 美元。
如果構(gòu)造正確，它們的低噪聲水平和精確的頻率響應(yīng)使其成為各種應(yīng)用的理想選擇。磁通門傳感器需要構(gòu)建為三軸磁力計(jì)來測(cè)量三維空間中的磁場(chǎng)，這需要正確構(gòu)建的技能。
兩軸磁通門可以用單環(huán)磁芯構(gòu)造，因此，對(duì)于大多數(shù)磁通門電子羅盤來說，兩軸配置通常更為普遍。然而，為了使用兩軸磁通門確定磁北航向，磁通門傳感器需要采用機(jī)械萬向節(jié)來補(bǔ)償傾斜，就像機(jī)械基板羅盤指針在寶石樞軸上進(jìn)行平衡和加權(quán)一樣。在靜態(tài)和磁性清潔環(huán)境中，這是可接受的配置。然而，機(jī)械萬向節(jié) 2 軸磁通門無法在運(yùn)動(dòng)時(shí)提供準(zhǔn)確的航向，并且無法準(zhǔn)確校準(zhǔn)主機(jī)系統(tǒng)的硬鐵和軟鐵磁異常。
雖然本博客的主要重點(diǎn)是導(dǎo)航，但磁通門磁力計(jì)還有廣泛的其他應(yīng)用：
? 地磁場(chǎng)測(cè)量：對(duì)于研究地球磁場(chǎng)以進(jìn)行環(huán)境和科學(xué)研究至關(guān)重要。
? 地球物理勘探：用于探測(cè)礦藏和地質(zhì)特征。
? 空間研究：對(duì)于研究行星磁場(chǎng)和磁層至關(guān)重要。
? 考古學(xué)：有助于定位磁異常，指示埋藏的含鐵物體。
? 安全和監(jiān)控：應(yīng)用于周邊安全和入侵檢測(cè)系統(tǒng)。
? 無損檢測(cè)：用于材料檢查和管道完整性檢查。
自 20 世紀(jì) 60 年代以來，磁通門磁力計(jì)就已用于導(dǎo)航。它們精確測(cè)量磁場(chǎng)的能力徹底改變了傳統(tǒng)的導(dǎo)航方法，并為先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用鋪平了道路，例如引導(dǎo)船只穿越海洋和在浩瀚的太空中幫助航天器。
? 基于羅盤的導(dǎo)航：機(jī)械萬向節(jié) 2 軸磁通門磁力計(jì)是市場(chǎng)上最流行的磁通門電子羅盤。 2 軸磁通門磁力計(jì)可以由圍繞環(huán)形磁芯的繞組構(gòu)成，其模擬輸出電壓代表 x 軸和 y 軸磁場(chǎng)讀數(shù)。 由于 2 軸萬向磁通門磁力計(jì)無法完全補(bǔ)償系統(tǒng)磁異常，因此羅盤精度不僅取決于磁芯材料的質(zhì)量、傳感器的結(jié)構(gòu)和信號(hào)處理，而且可能更主要取決于系統(tǒng)引起的磁畸變及其動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)曲線。
? 飛機(jī)和航天器導(dǎo)航：在航空和航天工業(yè)中，高精度磁通門磁力計(jì)是導(dǎo)航系統(tǒng)不可或缺的一部分。飛機(jī)使用這些設(shè)備提供準(zhǔn)確的航向參考，這對(duì)于安全高效的飛行至關(guān)重要。航天器利用它們進(jìn)行姿態(tài)控制并研究其他行星的磁場(chǎng)，幫助了解太空環(huán)境。
? 勘探和繪圖：在地球物理勘探中，磁通門磁力計(jì)有助于繪制地下或水下地質(zhì)特征。它們?cè)?GPS 可達(dá)性有限的地區(qū)特別有用，可以進(jìn)行準(zhǔn)確的地磁測(cè)量。
? 考古調(diào)查：磁通門磁力計(jì)使考古學(xué)家能夠?qū)v史遺址進(jìn)行非侵入性調(diào)查。它們可以檢測(cè)埋藏文物或結(jié)構(gòu)引起的磁異常，有助于考古研究和保存。
雖然磁通門磁力計(jì)歷來是精確磁場(chǎng)測(cè)量的可靠選擇，但在考慮將其用于現(xiàn)代應(yīng)用時(shí)，了解其局限性非常重要。
? 尺寸和重量：磁通門磁力計(jì)通常采用纏繞線圈和鐵磁芯，與基于 MEMS 的磁阻傳感器和基于磁感應(yīng)線圈的傳感器等新技術(shù)相比，其設(shè)計(jì)體積更大、更重。對(duì)于空間和重量受限的應(yīng)用（例如便攜式設(shè)備、無人機(jī)或可穿戴技術(shù)）來說，這可能是一個(gè)重大缺點(diǎn)。
? 功耗：磁通門磁力計(jì)通常比同類產(chǎn)品需要更高的功耗。這主要是由于驅(qū)動(dòng)初級(jí)線圈中的勵(lì)磁電流以及隨后的信號(hào)處理所需的能量。在電池供電的設(shè)備或能源敏感型應(yīng)用中，這可能會(huì)限制其可用性或需要額外的電源管理策略。
? 復(fù)雜性和成本：磁通門磁力計(jì)的制造涉及專門的材料和復(fù)雜的線圈纏繞工藝。這種復(fù)雜性意味著更高的生產(chǎn)成本，與 MEMS、霍爾效應(yīng)、磁阻和磁感應(yīng)技術(shù)等更簡(jiǎn)單的傳感器技術(shù)相比，它們成為預(yù)算不太友好的選擇。額外的費(fèi)用可能成為大批量消費(fèi)者的障礙成本限制嚴(yán)格的電子產(chǎn)品或應(yīng)用。
? 帶寬有限：磁通門磁力計(jì)擅長(zhǎng)測(cè)量低頻或靜態(tài)磁場(chǎng)，但在處理快速變化的磁場(chǎng)時(shí)，其性能可能會(huì)受到限制。它們的帶寬或可以精確測(cè)量的頻率范圍可能不足以滿足需要高速動(dòng)態(tài)測(cè)量的應(yīng)用。
? 對(duì)噪聲的敏感性：盡管磁通門磁力計(jì)由于其工作原理而具有固有的降噪功能，但它們?nèi)匀蝗菀资艿酵獠吭肼曉吹挠绊憽＿@種噪聲可能源自附近電子設(shè)備、電源線甚至設(shè)備本身的磁特征（稱為硬鐵和軟鐵效應(yīng)）的電磁干擾 (EMI)。減輕這些噪聲源通常需要額外的校準(zhǔn)和補(bǔ)償技術(shù)，從而增加了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性。
對(duì)于尺寸、重量、功耗或成本是重要因素的應(yīng)用，其他類型的磁力計(jì)，例如 MEMS、霍爾效應(yīng)傳感器、磁阻傳感器或磁感應(yīng)傳感器，可能更合適。這些技術(shù)在性能和實(shí)用性之間取得了良好的平衡，盡管它們的靈敏度和精度可能不如磁通門磁力計(jì)那么高。
? 3DM-GX5-GNSS/AHRS 高性能 GNSS 導(dǎo)航傳感器
? 3DM-CV7-AHRS 戰(zhàn)術(shù)級(jí) OEM IMU/AHRS
? 3DM-CX5-AHRS 高性能姿態(tài)參考傳感器
? 3DM-CV7-INS 戰(zhàn)術(shù)級(jí)嵌入式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)
