基于零功耗磁敏传感器的电子水表基表的研制

　　目前市场上比较先进的智能电子水表的工作原理是:当水从水表进口进入表腔并推动叶轮做旋转运动时,由于叶轮旋转的速度与水的流速成正比关系,所以利用感应线圈将叶轮的磁钢生成的旋转磁场检出后转换成原始的流量信号,随后进行放大、滤波、整形和其他的信号处理和显示的.这些电子水表中所用的流量传感器仍以干簧管和霍尔传感器为主[1].干簧管由于它本身的机械特点而存在着许多应用问题,霍尔传感器也有其固有的缺点,一是功耗问题,二是低或高的流速的频率响应问题.韦根特(W iegand)效应指的是当韦根特丝(一种新颖的合金功能材料)经过变化的磁场时,绕在其上或放置在旁边的线圈中将产生电脉冲的现象.它在一定磁场的作用下无需外加电源,就可以输出一个恒定幅度和宽度的电脉冲,脉冲的幅度在1V以上.利用韦根特效应制成的零功耗磁敏传感器(WG传感器)有着零功耗、零响应频率的突出优点,由于它采用材料学的原理制造,所以同时具备了干簧管的零功耗和霍尔传感器抗振动、稳定性好的优点,同时与无磁传感器相比,它有零功耗、体积小、安装灵活、价格低等优点.WG传感器和传统的机械水表简单配合,就可构成一种新型的电子水表基表.采用WG传感器作为水表的换能器件,直接把叶轮的转速用电脉冲的个数表示,大大减少了系统的前级预处理过程,而且此传感器为无源器件,也降低了系统的总功耗.本文应用中所使用的是南京宁兴公司生产的WG 传感器.

　　1　原理及特点

　　1.1　韦根特效应

　　韦根特丝是用一种坡莫合金或维卡合金制成的新型功能合金丝[2~4],直径0.3mm.由外壳和内芯组成,如图1所示.经特殊加工后,外壳和内芯具有不同的矫顽力,外壳需要加比内芯高很多的磁场才能使其改变极性.

　　为了产生脉冲,采用两块磁场强度大小相等但极性相反的磁铁,一块磁铁首先将韦根特丝的外壳和内芯按同一方向进行渗透.再将韦根特丝切换到第二块磁铁,在这过程中,首先线芯的极性改变,然后外壳的极性发生改变.这一作用在检测线圈中产生一个方向的电压脉冲输出.接着,再将韦根特丝转回第一块磁铁, 首先内芯的极性改变为起始的极性方向,其次外壳的极性也随之改变为起始的极性,这一过程产生相反方向的电压脉冲输出.只要磁铁不断旋转,传感器就能发出正负交替出现的脉冲信号.

　　1.2　零功耗磁敏传感器结构、性能及特点

　　如图2所示,WG型磁敏传感器由3部分组成:一根短的韦根特丝、一个缠绕在韦根特丝上或放置在韦根特丝附近的检测线圈、信号引出线和外壳.

　　图3是WG型磁敏传感器的工作曲线.