[关键词]  Wiegand（韦根特）效应   零功耗磁敏传感器   电子水表基表

电子水表中所用的流量传感器也还在用干簧管和霍尔传电路。干簧管由于它本身的机械特点而存在许多的应用问题；霍尔电路也有其固有的缺点，关键是要电源且功耗太大。WG型零功耗磁敏传感器由于它采用功学的原理制造而成，所以它同时具备了干簧管的零功耗和霍尔传感器的抗振动，稳定性好等一系列的优点。而低且宽的频率响应是其最突出的优异性格之一。它越来越多地在各种新型电子水表中得?/DIV>

1．1  韦根特（Wiegand）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][3][4]，直径0.3毫米。经特殊加工后，成为有外壳和内芯二层结构组成。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磁极性方向。 

 

            

                            图（一）   Wiegand线结构

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，形成工作磁场。磁铁首先将韦根特丝的外壳和内芯按同一方向进行排组。在这过程中，首先线芯的极性方向改变，然后外壳的极性方向发生改变。这一作用在检测线圈中产生了一个方向的电压脉冲输出。接着，将磁场旋转180度。韦根特丝将进入反向致偏状态。时，首先内芯的极性改变，其次外壳的极性又随之改变为起始的方向。这一过程又产生了一个相反方向的电压脉冲。只要磁铁不断旋转，传感器就能发出一对对，一正一负的脉冲信号。这一现象是在上世纪30年代发现的。用韦根特丝可以做成性能十分独特的磁敏传感器。

WG型零功耗磁敏传感器，由四部分组成：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的附近的检测线圈、信号引出线和外壳。组成零功耗磁敏传感器(WG传感器)。

WG传感器的外形如图1所示。

                          图（一）  WG传感器外形

WG传感器性能参数如表1所示^[5]。

表（一）

 

   













图2是WG型磁敏传感器的工作曲线:

    

                       图 （二）  工作曲线

从图上可以看出，输出电压幅值，不是磁场强度的线性函数。从20 高斯开始，输出幅值随磁场强度的增加而上升。超过80 高斯后，随磁场强度的增加而缓慢下降。

 图 （三 ）  电阻负载曲线                                      图（四）   电容负载曲线     

 

图（三）WG型零功耗磁敏传感器的电阻负载曲线。由图可知，传感器的电阻的负载能力不强。随着负载电阻减小，输出电压会很快下降；图（四）传感器的电容负载曲线，同样它的负载能力也不强，随着负载电容的增加，输出电压会下降，但下降的幅度远不如电阻大。

WG传感器具有如下特点：

（1）工作时无需提供外加电源。在一定的磁感应强度的作用下，零功耗磁敏传感器能输出幅度大于1伏特信号脉冲；一般可达3伏左右。据测算，信号能量约为8*10（-6）瓦。为了保证电子水表的正确运转，此信号一定要整形。这一任务一般由晶体管担任。0.6伏是晶体管工作的关鍵，有1伏的输出信号足矣！

（2）信号脉冲，一定是一正一负成对出现，见图（五）即使水表在正信号后仃下不转，几天后重新啓动水表。输出的信号一定是负的。这是本传感器的重要信号的信息特徵。

（3）单个信号脉宽在40微秒左右，宽度是恒定；这又是本传感器的一个重要的信息特徵。如果水表4小时转一周，它和每秒转30周，其转出信号的幅度和信号脉冲宽都是一致的，见图（六）

（4）对触发信号所用的磁铁的运动速度没有要求。在0~10KHz的范围内，输出电压脉冲的幅度和宽度恒定。因此，可实现超低速检测，见图（七）

（5）具有很宽的工作温区。在-20℃~+300℃的温度范围内。

（6）体积小，无触点，无抖动，耐腐蚀，工作稳定且寿命长。

（7）利用电话线、同轴线可实现信号的远传，100米的衰减不大于2%。

 

  

图（八）是我们和某水表厂共同研制开发的基于零功耗磁敏传感器的电子水表基表。

                           图（八） 电子水表基表外形               

这个电子水表基表，它已经将水表叶轮转动圈数信息电量化了。因此各电子技术开发公司，就可以在此基础上，配备相应的硬件和丰富想象力的功能软件，就可以制造出各种各样性能优异功能独特的电子水表来。

 

电子水表基表的出现，为各电子技术公司创造了一个极为有利的智能水表开发平台。在此基础上，利用一些基本的硬件知识和丰富的软件构想，可以开发出各种性能独特的智能水表。WG传感器采用材料学原理解决了零功耗问题，其无需要功耗、无机械触点、无震动影响等多项优点将全面取代干簧管及霍尔电路传感器。在解决了水表问题后，热量表、电传煤气表和各种齿轮仪表的电子化问题也将迎刃而解。WG传感器还可用在各种生产机群（如织布机、纺纱机、注塑机、食品机械、及各种多工位生产线）现场测报生产产量，事故频率，事故时间，事故内容等。在一些难以容忍电火花的地方，如燃气表内、在煤矿和油井深处、在可燃气体生产车间等，使用WG型传感器无疑是最理想的选择。

 

[1] http//www.ahest.com

[2] HID Corp. Wiegand 2000 series magnetic sensor specification[M]. North Haven:HID Corp,1996

[3] Diugos David J. Wiegand effect sensors: Theory and Applications[J]. sensors, 1998,15(5): 32-34

[4] 马修水. Wiegand传感器原理及应用[J]. 仪表技术与传感器, 1999,(9):6-7

[5] http//www.ynna.cn