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磁共振成像（MRI）的發(fā)展提升了診斷能力，接著，增加了細(xì)胞水平治療身體疾病數(shù)，zui明顯的可能就是癌癥。作為種診斷方法，MRI繼續(xù)發(fā)展，但是段時間以來，這種發(fā)展已與基礎(chǔ)的發(fā)展同步，尤其是圖像采集。

　　 雖然MRI掃描自20世紀(jì)70年代初以來不斷進(jìn)步，但其應(yīng)用卻始于40年代中期。在這個時間前后，有兩個立的研究小組，它們分別屬于哈佛大學(xué)和斯坦福大學(xué)，他們都發(fā)現(xiàn)了后來*的核磁共振現(xiàn)象。不久以后，畢業(yè)于英國牛津大學(xué)的Bernard Rollin博士，組裝了很可能是zui早的NMR光譜儀實例。到50年代初該發(fā)現(xiàn)得到進(jìn)步發(fā)展，出現(xiàn)了分辨率的NMR光譜儀，這時在化學(xué)和生化領(lǐng)域，它被認(rèn)為是種潛在有用的工具。通過努力提成像分辨率終于打開了它在診斷領(lǐng)域的應(yīng)用大門，MRI掃描開始平行于NMR自發(fā)展。

　　它已經(jīng)脫離了個足以躺下名患者的平臺的傳統(tǒng)形象，而在不知不覺中演變成個大的、圓形的機(jī)器，就像個巨大的感應(yīng)器，這時看不出MRI掃描是如何開展的。

　　NMR/MRI 光譜儀的個關(guān)鍵原理是軟組織內(nèi)細(xì)胞運(yùn)動所產(chǎn)生的微弱磁場。這種運(yùn)動是細(xì)胞在移位后的重排。而移位是由細(xì)胞接觸強(qiáng)磁場所致。細(xì)胞自身的重排速度取決于其結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，而出它們產(chǎn)生的微弱的磁場所采用的分辨率決定了機(jī)器的總體分辨率。

　　磁場產(chǎn)生的細(xì)胞激發(fā)水平是決定MRI掃描儀功效的關(guān)鍵要素，所以磁場與所產(chǎn)生的細(xì)胞重排樣關(guān)鍵?，F(xiàn)在有許多公司研制MRI掃描儀，其中很多都是*的企業(yè)，不過有趣的是，它們主要依賴其他公司的團(tuán)隊開發(fā)和提供這些儀器上的配套傳感器解決方案。

　　LEM就是其中的家，它是的電量參數(shù)測量解決方案提供商。由于MRI掃描儀的應(yīng)用，越來越迫切地需要提它們的分辨率。這只能通過精細(xì)的磁場調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，而這反過來又在大程度上取決于測量和用來產(chǎn)生磁場的電流的能力。

　　段時間以來，這個領(lǐng)域采用的基于霍爾效應(yīng)電流傳感器，但是現(xiàn)在這項在這個領(lǐng)域內(nèi)存在明顯不足，尤其是方面。LEM受該領(lǐng)域家客戶所托研發(fā)所需的種電流傳感器，為其改善現(xiàn)有能，提供。LEM花了近7個月時間改良現(xiàn)有使其這家客戶要求，zui終研發(fā)成功的這款電流傳感器是當(dāng)前市面上能zui的。

　　LEM研發(fā)的解決方案是種雙軸磁通門閉環(huán)傳感器，即的HPCT，將其工作原理與應(yīng)用普遍的霍爾效應(yīng)相比，這種可能有用。

　　霍爾效應(yīng)于1879年由美國物理學(xué)家Edwin Herbert Hall 發(fā)現(xiàn)，那時他就讀于位于巴爾的摩的John Hopkins 大學(xué)?；魻栃?yīng)由對穿過磁通密度的運(yùn)動電荷起作用的洛倫茲力產(chǎn)生，F(xiàn)=q.（VXB）。向磁場中薄的半導(dǎo)體箔片施加個電流。電流的運(yùn)動載流子在外磁通密度B產(chǎn)生的洛倫茲力的作用下發(fā)生垂直于電流方向的偏移。這種偏移導(dǎo)致多的載流子在導(dǎo)體的端聚集，從而在導(dǎo)體兩端形成個電勢差，這就是霍爾電壓。

　　霍爾效應(yīng)的某些元素與溫度相關(guān)，尤其是霍爾元件的霍爾系數(shù)以及失調(diào)電壓。因此，采用霍爾效應(yīng)的電流傳感器都必須提供溫度補(bǔ)償。

　　霍爾效應(yīng)zui簡單實用的應(yīng)用是開環(huán)傳感器，它提供了體積zui小、質(zhì)量zui輕、成本zui低的電流測量解決方案，同時功耗也低。

 [開環(huán)霍爾效應(yīng)傳感器工作原理]

　　如圖1所示，這種傳感器由個用于產(chǎn)生磁場的載流導(dǎo)體組成。磁場用個開有氣隙的磁芯聚磁。氣隙內(nèi)的個霍爾元件用于感應(yīng)磁通密度。采用電流和差分放大，其組件通常集成在傳感器內(nèi)。在用于產(chǎn)生磁路的材料的磁滯回線（B-H loop）的線區(qū)內(nèi)，磁通密度B始終與初電流Ip成正比，霍爾電壓VH與磁通密度B成正比。 因此，霍爾元件的輸出與初電流及失調(diào)霍爾電壓Vo成正比。

[標(biāo)題：閉環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感器工作原理]

　　開環(huán)傳感器可以測量直流、交流和復(fù)雜電流波形，同時還提供電流。正如上文提及的，其優(yōu)點(diǎn)是成本低、體積小、功耗低。同時，它們在測量大電流（>300A）方面尤其有優(yōu)勢。不過，開環(huán)傳感器有局限，例如磁路中的磁損耗導(dǎo)致的響應(yīng)時間長及帶寬不足、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(yīng)補(bǔ)償式或“零磁通式”傳感器，它利用霍爾元件電壓在次線圈中產(chǎn)生個補(bǔ)償電流，從而使總磁通量等于零（圖2 ）。換而言之，次電流Is產(chǎn)生的磁通量與初電流產(chǎn)生的磁通量相同，不過方向相反。

　　在零磁通條件下運(yùn)行霍爾元件消除隨溫度變化的增益漂移，此外，這種結(jié)構(gòu)還具備個好處，就是次繞組在較頻率下起電流變壓器的作用，這樣就顯著擴(kuò)大了帶寬并縮短了傳感器的響應(yīng)時間。

　　當(dāng)磁通量等于零時，磁勢（安培匝數(shù)）等于零，相應(yīng)的，次電流Is是初電流Ip 的映射。閉環(huán)傳感器的優(yōu)點(diǎn)包括的和良好的線度，響應(yīng)時間，主要不足是次電源電流消耗大，因為它必須提供補(bǔ)償電流和偏置電流。

　　在規(guī)格要求嚴(yán)格的特定應(yīng)用場合，例如非線誤差、低噪或低的與溫度相關(guān)的失調(diào)漂移等，這時霍爾效應(yīng)電流傳感器不再適用。為了這些要求，LEM研發(fā)了雙軸磁通門閉環(huán)傳感器（HPCT），它可以提供和穩(wěn)定均的直流和交流電流測量，同時消除初端注入的噪聲。

[標(biāo)題：HPCT傳感器工作原理]

　　圖3詳細(xì)說明了其工作原理。該傳感器包括個由三個磁芯（C1、C2和C3,）以及初繞組（Wp1）和次繞組（Ws1 - Ws4）組成的電流測量頭，如圖所示。通過將次電流Ic注入次繞組Ws2中實現(xiàn)閉環(huán)補(bǔ)償。Ws2后半段線圈與3個磁芯進(jìn)行磁耦合，并與測量電阻Rm串聯(lián)，從而產(chǎn)生個輸出電壓。

　　對于較頻率范圍，次電流由兩個次線圈（Ws1和Ws2）之間產(chǎn)生的變壓器效應(yīng)產(chǎn)生。對于較低頻率范圍（包括直流），傳感器起閉環(huán)磁通門傳感器的作用，此時繞組Ws3和 Ws4用作磁通門感應(yīng)線圈。

　　由于磁通門已經(jīng)普及了段時間，所以LEM可以采用這種并加以改良。zui終研發(fā)的傳感器，溫度失調(diào)漂移低，時間穩(wěn)定。的線度、的輸出噪聲提了HPCT的和分辨率，而大測量帶寬（直流到200kHz，-3dB）了該傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　事實上，除了用于成像系統(tǒng)的梯度放大器上電流以外，HPCT同樣適用于其他需要測量的場合，如電流調(diào)節(jié)電源內(nèi)的反饋測量、試驗臺電源分析校準(zhǔn)設(shè)備以及實驗室與計量儀器的電流測量。

　　目前，該類傳感器的工作溫度范圍相對狹窄（般為+10C 至 +50C）。不過LEM確信以后會證明，這項用于發(fā)展HPCT傳感器的對MRI掃描前景的意義與霍爾效應(yīng)傳感器對它的推出的意義樣重大，同時還會進(jìn)步拓展到許多至今尚未預(yù)料到的應(yīng)用領(lǐng)域。