Позвоните в службу поддержки
+86-795-3241001
2025-09-08
1.Определение датчика
Датчик (Sensor) — это элемент или устройство, которое преобразует собранную информацию в сигнал, обрабатываемый устройством. Человек действует на основе информации, полученной через зрение, слух, обоняние и осязание; аналогично, устройства выполняют управление или обработку на основе информации, получаемой датчиками
Сигналы (физические величины), собираемые и преобразуемые датчиками, включают температуру, свет, цвет, давление, магнитную силу, скорость, ускорение и т.д. Эти датчики используют изменения в полупроводниковых материалах. Кроме того, существуют биодатчики, использующие ферменты или микроорганизмы.
Датчики необходимы не только в смартфонах, персональных компьютерах и других коммуникационных устройствах, но также в медицинском оборудовании, носимых устройствах, автомобильной электронике, системах наблюдения за окружающей средой и инфраструктурой. Все объекты могут быть подключены к сети и обмениваться информацией, создавая более удобное, надежное и безопасное общество. Основой для этого является «датчик», контролирующий состояние объектов.
2.Состав датчика
Основными компонентами являются чувствительный элемент, преобразующий элемент, измерительная цепь и вспомогательное питание. Чувствительный элемент фиксирует измеряемую величину, преобразующий элемент превращает физические изменения чувствительного элемента в электрический сигнал, а измерительная цепь усиливает, фильтрует и преобразует сигнал, обеспечивая его вывод для отображения или обработки.
3.Классификация датчиков
Резистивные датчики: измеряют силу, давление, деформацию и другие физические величины путем изменения сопротивления. К распространенным резистивным датчикам относятся тензорезисторы и твердотельные пьезорезистивные датчики.
Емкостные датчики: определяют физические величины путем изменения емкости или использования оптоволоконных свойств, например, емкостные линейки.
Индуктивные датчики: используют эффект электромагнитной индукции, например, датчики с вихревыми токами и датчики Холла, применяемые для измерения смещения и вибраций.
Пьезоэлектрические датчики: используют пьезоэффект, при котором механическая деформация материала генерирует электрический сигнал; применяются для измерения ускорения, давления и смещения.
Фотоэлектрические датчики: определяют наличие или положение объекта с помощью отражения или прохождения света, например, оптические линейки.
Терморезистивные датчики: используют зависимость сопротивления материала от температуры для измерения температуры.
Магнитные датчики (Магнитные датчики): основаны на магнитоэлектрическом эффекте и применяются для измерения магнитного поля или положения магнитных объектов, например, датчики Холла и магнитные линейки.
1.Обзор магнитных датчиков
Определение магнитного датчика
Магнитный датчик (Магнитные датчики) — это устройство, которое преобразует изменения магнитных свойств чувствительного элемента, вызванные воздействием магнитного поля, электрического тока, напряжения и деформации, температуры, света и других факторов, в электрический сигнал, позволяя таким образом измерять соответствующие физические величины.
Классификация магнитных датчиков
По функциональному назначению:
Датчики скорости: предназначены для измерения скорости и направления. Измерение осуществляется путем фиксации изменений силы магнитного поля, создаваемого вращающимися элементами. Применяются преимущественно в автомобильной отрасли, включая датчики кулачкового и коленчатого валов, коробок передач и датчики скорости колес (системы ABS).
Датчики положения: включают линейные и коммутационные типы.
Линейные датчики положения применяются для фиксации линейного или вращательного движения, при этом выходное напряжение датчика обычно линейно связано с силой внешнего магнитного поля. Широко используются в автомобильной электронике и промышленности.
Коммутационные датчики положения управляют состоянием выхода (замкнуто/разомкнуто) в зависимости от силы внешнего магнитного поля и могут сочетаться с датчиками скорости и направления для создания комплексных решений, охватывающих различные области применения.
Датчики тока: измеряют величину тока путем регистрации магнитного поля, создаваемого протекающим током. Широко применяются в автомобильной, промышленной и потребительской электронике.
Электронные компасы: используют магнитное поле Земли для определения направления на север. Применяются в авиации, космонавтике, робототехнике, морской навигации и автономной навигации транспортных средств.
По технологии изготовления:
Эффект Холла (Hall Effect)
Магниторезистивный эффект (xMR), включая:
Анизотропный магниторезистивный эффект (AMR)
Гигантский магниторезистивный эффект (GMR)
Эффект туннельного магнитного сопротивления (TMR)
Принципы работы:
Эффект Холла: когда электрический ток проходит через элемент Холла в магнитном поле, на электроны действует сила, перпендикулярная направлению их движения. В результате положительные и отрицательные заряды накапливаются перпендикулярно проводнику и направлению магнитной индукции, формируя напряжение Холла, позволяющее отслеживать изменения состояния движения объекта.
Магниторезистивный эффект: изменение сопротивления полупроводникового материала при воздействии внешнего магнитного поля при протекании через него тока.
Особенности и применение технологий:
Продукты на основе эффекта Холла обладают бесконтактностью, низким энергопотреблением, высокой прочностью и долгим сроком службы. Они являются основными на рынке, занимая около 70% доли.
Продукты на основе магниторезистивного эффекта отличаются высокой точностью, высокой чувствительностью и низким энергопотреблением. Используются в потребительской электронике, включая контрольные головки жестких дисков, детекторы земного магнитного поля в смартфонах и высокоточные компактные датчики тока.
В автомобильной электронике продукция на основе эффекта Холла удовлетворяет большинству требований по точности, диапазону измерений, надежности и помехоустойчивости. По энергопотреблению автомобильные приложения менее чувствительны, а по стоимости — это наименее затратное решение среди магнитных технологий. Поэтому автомобильные магнитные датчики в настоящее время и в обозримом будущем в основном основаны на технологии эффекта Холла.
Размер рынка магнитных датчиков
Согласно данным компании Yole, мировая емкость рынка магнитных датчиков в 2016 году составила 1,64 млрд долларов США, в 2021 году — около 2,6 млрд долларов США, а к 2027 году прогнозируется рост до 4,5 млрд долларов США при среднегодовом темпе роста (CAGR) 9% в период с 2021 по 2027 год.
По сегментам применения:
Автомобильная электроника является основным потребителем магнитных датчиков. В 2021 году мировой рынок достиг 1,6 млрд долларов США, а к 2027 году прогнозируется рост до 3,0 млрд долларов США, CAGR — 11,05%.
Потребительская электроника: рынок магнитных датчиков в 2021 году составил 610 млн долларов США, к 2027 году прогнозируется 910 млн долларов США.
Промышленный сектор: рынок в 2021 году — 390 млн долларов США, к 2027 году ожидается рост до 560 млн долларов США.
Рынок магнитных датчиков в Китае
Рынок магнитных датчиков в Китае демонстрирует стабильный рост, а различные категории продуктов развиваются одновременно. В 2022 году объем китайского рынка магнитных датчиков составил примерно 6,51 млрд юаней, что делает его одним из крупнейших рынков в мире. В период с 2018 по 2022 год рынок демонстрировал стабильный рост с CAGR 15,09%. Благодаря увеличению спроса со стороны конечных отраслей, прогнозируется, что рынок магнитных датчиков Китая продолжит расширяться и к 2027 году достигнет 14,62 млрд юаней.
По категориям продуктов:
Датчики Холла являются основной продукцией на китайском рынке магнитных датчиков. В 2022 году объем рынка датчиков Холла составил 4,54 млрд юаней, к 2027 году прогнозируется рост до 8,79 млрд юаней, CAGR — 14,1%.
AMR/GMR/TMR датчики занимают меньшую долю рынка, но с развитием технологий их проникновение ожидается незначительно увеличится. В 2022 году объемы рынка в Китае составили AMR — 880 млн юаней, GMR — 350 млн юаней, TMR — 700 млн юаней, а к 2027 году прогнозируется рост до AMR — 2,20 млрд, GMR — 880 млн, TMR — 2,62 млрд юаней.
По областям применения:
В 2022 году автомобильная отрасль являлась крупнейшим сегментом конечного потребления магнитных датчиков в Китае, занимая 47% общего рынка.
Потребительский рынок занимал 22%.
Промышленный сектор — 12%.
Прочие сегменты составили 19% от общего рынка.
Применение магнитных датчиков
Магнитные датчики находят применение в автомобильной электронике, носимых устройствах, системах умной безопасности, преобразователях частоты, смартфонах, роботах-пылесосах, центрах обработки данных, планшетах, телевизорах, кондиционерах и других областях. Среди них автомобильная электроника является основным сегментом применения.
Автомобильные условия эксплуатации сложны, поэтому магнитные датчики должны обладать долгим сроком службы, высокой надежностью и оптимальным соотношением цена/качество, что обеспечивает соответствие требованиям автомобилей по стабильности и однородности работы компонентов. Они применяются для повышения безопасности, комфорта и энергоэффективности автомобиля.
В настоящее время чипы датчиков Холла являются основным типом автомобильных магнитных датчиков. Они используются для измерения таких параметров, как скорость, угол наклона, угол поворота, расстояние, приближение и положение, а также для навигации и позиционирования. Конкретные применения включают:
измерение скорости автомобиля,
положение педалей,
положение коробки передач,
вращение электродвигателя,
измерение крутящего момента усилителя руля,
положение коленчатого вала,
измерение угла наклона,
электронную навигацию,
системы ABS,
парковочное позиционирование,
подушки безопасности и обнаружение дефектов солнечных панелей.
В «тройной системе электромобилей» (электродвигатель, аккумулятор, электроника управления) магнитные датчики применяются для управления температурой аккумулятора, контроля работы двигателя и вспомогательных функций движения.
Рост «трёх технологических тенденций» в автомобилестроении способствует увеличению количества магнитных датчиков на автомобиль и росту их стоимости. По открытым данным:
в традиционных автомобилях с ДВС используется около 30 магнитных датчиков,
в гибридных или полностью электрических автомобилях количество достигает примерно 50,
стоимость магнитных датчиков на одно транспортное средство увеличилась с 120 юаней до 250 юаней, что демонстрирует значительное повышение ценности на единицу автомобиля.
