看來(lái)包括醫療市場(chǎng)在內的許多領(lǐng)域都會(huì )從長(cháng)期使用卻幾乎沒(méi)有進(jìn)步的技術(shù)的改良中獲益。

　　嵌入式電子設備與醫療器械之間的關(guān)聯(lián)十分復雜；電子技術(shù)的每一步跨越，都會(huì )給航空、工業(yè)和醫療領(lǐng)域在內的垂直市場(chǎng)帶來(lái)直接利益?？磥?lái)只要具備使能技術(shù)，這些市場(chǎng)就有無(wú)限的潛力。

　　醫療領(lǐng)域一個(gè)明顯的例子就是精密診斷設備的應用加大，例如核磁共振成像系統（MRI），它對癌癥檢測和治療具有無(wú)法估量的價(jià)值。MRI光譜學(xué)的基本原理在50年前已經(jīng)形成，那時(shí)就觀(guān)察到軟組織內的細胞運動(dòng)會(huì )產(chǎn)生微弱磁場(chǎng)這種現象。這種細胞運動(dòng)實(shí)際上是細胞在接觸更強磁場(chǎng)后的重排。同時(shí)發(fā)現，它們重排時(shí)的運動(dòng)體現了細胞的結構和狀態(tài)。通過(guò)檢測它們產(chǎn)生的微弱磁場(chǎng)來(lái)測定這種運動(dòng)，從而可以診斷某些疾病。但是，開(kāi)展測量所采用的分辨率最終決定了可能的診斷水平。

　　多年以來(lái)，MRI掃描儀一直采用一種基于霍爾效應的技術(shù)，一項比MRI光譜學(xué)更古老的技術(shù)。不過(guò)，盡管它具有非常高的可信度，卻仍然不是一項沒(méi)有局限性的技術(shù)；事實(shí)上這些局限性使MRI掃描的發(fā)展停滯不前。不過(guò)一家創(chuàng )新高品質(zhì)電氣參數測量解決方案領(lǐng)先提供商成功研發(fā)的一種傳感器已經(jīng)突破了這些局限性，該傳感器可以潛在推動(dòng)MRI邁入一個(gè)新階段。LEM，瑞士一家專(zhuān)門(mén)研發(fā)這類(lèi)傳感器的公司，受該領(lǐng)域一家客戶(hù)所托研發(fā)一種可以提供更高磁場(chǎng)測量精度的新型電流傳感器。LEM花了近7個(gè)月時(shí)間改良現有技術(shù)使其符合這家客戶(hù)要求，現在這款電流傳感器是當前市面上性能最高的。

　　經(jīng)驗基礎

　　霍爾效應于1879年由Edwin Herbert Hall發(fā)現。他觀(guān)察到一種作用于穿過(guò)磁通密度的運動(dòng)電荷的力。當一個(gè)控制電流穿過(guò)該磁場(chǎng)時(shí)，載流子由于受到外加磁通密度所產(chǎn)生的洛侖茲力的影響，其軌跡發(fā)生偏移。這種偏移導致更多的載流子在導體的一端聚集，從而在導體兩端形成一個(gè)電勢差，這就是霍爾電壓。

　　霍爾效應的某些原理與溫度相關(guān)，這就意味著(zhù)，傳感器必須包括或提供某種形式的溫度補償，而這會(huì )導致傳感器體積和成本的增加?；魻栃詈?jiǎn)單實(shí)用的應用是開(kāi)環(huán)傳感器，它提供了體積最小、質(zhì)量最輕、成本最低的電流測量解決方案，同時(shí)功耗也非常低。開(kāi)環(huán)傳感器可以測量直流、交流和復雜電流波形，同時(shí)還提供電流隔離。不過(guò)，開(kāi)環(huán)傳感器有一定局限性，例如磁路中的磁損耗導致的響應時(shí)間長(cháng)及帶寬不足、與溫度相關(guān)的增益漂移相對較大。

　　相比之下，閉環(huán)傳感器，也叫霍爾效應補償式或“零磁通式”傳感器，它利用霍爾元件電壓在次級線(xiàn)圈中產(chǎn)生一個(gè)補償電流，從而使總磁通量等于零。在零磁通量條件下運行霍爾元件消除隨溫度變化的增益漂移，這種結構還有一種顯著(zhù)的優(yōu)勢，可以擴大傳感器帶寬、縮短響應時(shí)間。不過(guò)，其主要不足是次級電源的電流消耗高，因為它必須提供補償電流和偏置電流。

　　正因為它的局限性，導致霍爾效應電流傳感器不再適用一些領(lǐng)域，尤其是MRI掃描領(lǐng)域。而LEM推出的解決方案主要針對這個(gè)應用領(lǐng)域，與霍爾效應技術(shù)相當，但是具備明顯優(yōu)勢。它是一種雙軸磁通門(mén)閉環(huán)傳感器，也就是知名的HPCT。由于磁通門(mén)技術(shù)已經(jīng)普及了一段時(shí)間，所以L(fǎng)EM可以采用這種技術(shù)并加以改良。最終研發(fā)的傳感器精度非常高，溫度失調漂移非常低，時(shí)間穩定性非常高。優(yōu)秀的線(xiàn)性度、超低的輸出噪聲提高了HPCT的精度和分辨率，而超大測量帶寬（直流到200kHz，-3dB）確保了該傳感器廣泛的應用領(lǐng)域。
 

　　圖1顯示了其工作原理。該傳感器包括一個(gè)由三個(gè)磁芯（C1、C2和C3,）以及初級繞組（Wp1）和次級繞組（Ws1 - Ws4）組成的電流測量頭，如圖所示。通過(guò)將次級電流Ic注入次級繞組Ws2中實(shí)現閉環(huán)補償。Ws2后半段線(xiàn)圈與3個(gè)磁芯進(jìn)行磁耦合，并與測量電阻Rm串聯(lián)，從而產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓。
 

　　對于較高頻率范圍，次級電流由兩個(gè)次級線(xiàn)圈（Ws1和Ws2）之間產(chǎn)生的變壓器效應產(chǎn)生。對于較低頻率范圍（包括直流），傳感器起閉環(huán)磁通門(mén)傳感器的作用，此時(shí)繞組Ws3和 Ws4用作磁通門(mén)感應線(xiàn)圈。

　　除了用于精確控制醫學(xué)成像系統的梯度放大器上電流以外， HPCT同樣適用于其他需要高精度測量的場(chǎng)合，如精確電流調節電源內的反饋測量、試驗臺電源分析校準設備及實(shí)驗室及計量?jì)x器的電流測量。

　　目前，該類(lèi)傳感器的工作溫度范圍相對狹窄（一般為+10?c 至 +50?c）。不過(guò)LEM確信，這項技術(shù)會(huì )進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)也將證明，HPCT傳感器對MRI掃描前景的意義與霍爾效應傳感器對它的推出的意義一樣重大。正如霍爾效應自身的應用一樣，基于霍爾效應的具有領(lǐng)先尖端性能的HPCT在未來(lái)可以開(kāi)拓無(wú)限廣闊的應用領(lǐng)域。