ما هو المستشعر المغناطيسي؟
المستشعر المغناطيسي: هو جهاز استشعار يكتشف حجم المغناطيسية والمغناطيسية الأرضية الناتجة عن المغناطيس أو التيار. هناك أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار المغناطيسية.
أنواع المستشعرات المغناطيسية وخصائصها:
المستشعر المغناطيسي الملفوف – Coiled:
مستشعر الملفات هي أبسط أجهزة الاستشعار المغناطيسية التي يمكنها اكتشاف التغيرات في كثافة التدفق المغناطيسي. عندما يقترب المغناطيس من الملف، تزداد كثافة التدفق المغناطيسي في الملف بمقدار (ΔB).
بعد ذلك، يتم توليد قوة دافعة كهربائية مستحثة / تيار مستحث يولد تدفقاً مغناطيسياً في اتجاه يعيق زيادة كثافة التدفق المغناطيسي في الملف. على العكس من ذلك، فإنّ تحريك المغناطيس بعيداً عن الملف يقلل من كثافة التدفق المغناطيسي في الملف، لذلك سيتم توليد القوة الدافعة الكهربائية والتيار المستحث في الملف لزيادة كثافة التدفق المغناطيسي.
أيضاً، نظراً لعدم وجود تغيير في كثافة التدفق المغناطيسي عند عدم تحريك المغناطيس، فلن يتم إنشاء قوة دافعة كهربائية مستحثة أو تيار مستحث. من خلال قياس اتجاه وحجم هذه القوة الدافعة الكهربائية المستحثة، من الممكن الكشف عن التغيير في كثافة التدفق المغناطيسي.
بسبب بنيته البسيطة، لا يتلف الملف بسهولة. ومع ذلك، فإنّ جهد الخرج يعتمد على معدل تغير التدفق المغناطيسي. قد لا يكون من الممكن استخدام ملف للكشف عن مغناطيس ثابت أو تدفق مغناطيسي يتغير ببطء شديد.
مستشعر مفتاح المزمار – Reed Switch:
مفتاح المزمار عبارة عن مستشعر يتم فيه وضع القطع المعدنية “المزمار” الممتدة من الجانبين الأيسر والأيمن في أنبوب زجاجي مع وجود فجوة في موضع تداخل المزمار.
عندما يتم تطبيق مجال مغناطيسي خارجياً، فإنّ هذا المزمار ممغنط. عندما يكون المزمار ممغنط، يجذب الأجزاء المتداخلة بعضها البعض وتتلامس، ثم يتم تشغيل المفتاح.
مستشعر عناصر هول – Hall Elements:
عنصر (Hall) عبارة عن جهاز يستخدم تأثير (Hall). جاءت كلمة (Hall) من اسم الدكتور “Hall” لاكتشاف تأثير (Hall). يعتمد على ظاهرة أنّ القوة الدافعة الكهربائية تظهر في الاتجاه المتعامد لكل من التيار والمجال المغناطيسي عند تطبيق مجال مغناطيسي عمودي على التيار على الجسم الذي يتدفق من خلاله التيار.
عندما يتم تطبيق تيار على طبقة رقيقة من أشباه الموصلات، يتم إخراج الجهد المقابل لكثافة التدفق المغناطيسي واتجاهه من خلال “تأثير هول”. يستخدم “تأثير هول” للكشف عن المجال المغناطيسي. يمكن لعناصر هول اكتشاف مجال مغناطيسي حتى في حالة وجود مجال مغناطيسي ثابت بدون تغيير في كثافة التدفق المغناطيسي.
لذلك، تُستخدم عناصر هول في تطبيقات مختلفة، مثل مفاتيح التبديل غير المتصلة المستخدمة مع المغناطيس، وأجهزة استشعار الزاوية (angle sensors)، وأجهزة استشعار التيار (current sensors). تستخدم المستشعرات المغناطيسية الأرضية التي تستخدم عناصر هول على نطاق واسع في الهواتف الذكية والتطبيقات الأخرى.
مستشعر العنصر المغناطيسي – Magnetoresistive Element:
يُطلق على العنصر الذي يكتشف مجالاً مغناطيسياً باستخدام مادة، وتتغير المقاومة عند تطبيق القوة المغناطيسية، عنصر مقاومة المغناطيسية (MR).
بخلاف عنصر المقاومة المغناطيسية شبه الموصلة (SMR)، هناك ثلاثة أنواع من المستشعرات كأمثلة تمثيلية لعنصر المقاومة المغناطيسية باستخدام مادة غشاء رقيق مغناطيسي مثل عنصر المقاومة المغناطيسية متباين الخواص (AMR)، والعنصر المقاوم للمغناطيسية العملاقة (GMR)، ومقاومة المغناطيسية النفقية عنصر (TMR).
عنصر أشباه الموصلات المغناطيسية – SMR:
في حين أنّ عنصر (Hall) هو مستشعر يقيس جهد (Hall) الناتج عن قوة (Lorentz)، فإنّ عنصر المقاومة المغناطيسية هو مستشعر يستخدم التغيير في قيمة المقاومة التي تسببها “قوة لورنتز”. تتغير قيمة المقاومة لعنصر المقاومة المغناطيسي لأشباه الموصلات من النوع (N)، “SMR: أشباه الموصلات المقاومة المغناطيسية”، التي تنتجها “AKM” أيضاً.
توضع الأقطاب الكهربائية المعدنية على غشاء رقيق من أشباه الموصلات في هيكل (SMR). عندما يتدفق تيار في اتجاه عقارب الساعة عبر الغشاء الرقيق لأشباه الموصلات، فإنّ الإلكترونات الحاملة لأشباه الموصلات من النوع (N) تتدفق عكس اتجاه عقارب الساعة، ويفترض أنّ سرعة المتجه هي (v).
عند تطبيق مجال مغناطيسي موجه (B)، تخضع الإلكترونات لقوة “Lorentz” ويصبح المسار أطول عند الانحناء، بحيث تزداد قيمة المقاومة.
الثعبان المغناطيسي متباين الخواص – AMR:
تتغير درجة تشتت الكهرباء، حيث يكون اتجاه مغنطة الفيلم المغناطيسي موازٍ لاتجاه التيار، حيث يكون اتجاه المغنطة عمودياً على اتجاه التيار. لذلك، تتغير قيمة المقاومة أيضاً.
عنصر المقاومة المغناطيسي العملاق – GMR:
في حالة فيلم مغلف من مادة مغنطيسية، “طبقة مثبتة”، معدن غير مغناطيسي ومادة مغناطيسية حديدية، “طبقة حرة”، تتغير درجة تشتت الإلكترون اعتماداً على ما إذا كان اتجاه مغنطة الطبقة المثبتة والطبقة الحرة متوازيتان (a) أو متوازية (b). لذلك، تتغير قيمة المقاومة.
نفق عنصر المقاومة المغناطيسية – TMR:
في حالة فيلم مغلف من مادة مغناطيسية حديدية “طبقة مثبتة”، عازل ومادة مغناطيسية حديدية “طبقة حرة”، تتغير نسبة الإلكترونات التي تمر عبر العازل بسبب تأثير النفق وتتغير قيمة المقاومة اعتماداً على الاتجاه من مغنطة الطبقة المثبتة والطبقة الحرة تكون متوازية (a) أو متوازية (b).
