10.11.2025
Magneetti-induktiivinen anturi havaitsee muutoksia materiaalinsa magneettisissa ominaisuuksissa, kun siihen kohdistuu ulkoinen magneettikenttä. Tämän ansiosta se pystyy mittaamaan hyvin pieniäkin muutoksia ympäröivässä magneettikentässä.
PNI Sensor on yksi harvoista yrityksistä, jotka ovat erikoistuneet tähän teknologiaan.
Magneetti-induktiiviset anturit sopivat erityisen hyvin sovelluksiin, joissa tarvitaan tarkkaa matalataajuisten magneettikenttien mittausta, kuten navigoinnissa ja liikkeen seurannassa.
Mikä on magneetti-induktiivinen anturi?
Magneetti-induktiivinen anturi mittaa magneettikenttää kelan ja magneettisen ytimensä avulla. PNI Sensorin anturissa on solenoidin muotoinen kela, joka on kiedottu korkean magneettisen läpäisevyyden omaavan ytimen ympärille. Tällaisen materiaalin induktanssi vaihtelee sen mukaan, kuinka voimakas magneettikenttä siihen kohdistuu. Toisin sanoen anturin induktanssi, jota merkitään symbolilla µ, muuttuu magneettikentän H voimakkuuden mukaan – kuten alla olevassa kuvassa on esitetty.
(Kuva: Erittäin läpäisevän materiaalin induktanssi (µ) vs. magneettikenttä (H). Käyrä osoittaa, että induktanssi kasvaa aluksi magneettikentän vahvistuessa, mutta alkaa lopulta pienentyä, kun materiaali saavuttaa kyllästymispisteensä.)
Toisin kuin Hall-antureissa, jotka mittaavat magneettikentän aiheuttamia jännitemuutoksia puolijohteiden avulla, magneetti-induktiivinen anturi toimii kelaperiaatteella. Tämä tuo useita etuja:
- Suurempi herkkyys pieniinkin magneettikentän muutoksiin
- Vähemmän kohinaa mittaussignaalissa
- Ei ryömimistä, eli mittaustulos pysyy vakaana ajan myötä
- Laaja mittausalue, joka mahdollistaa sekä heikkojen että voimakkaiden kenttien tarkan havaitsemisen
Näistä syistä magneetti-induktiiviset anturit soveltuvat erinomaisesti kohteisiin, joissa tarvitaan suurta tarkkuutta ja luotettavuutta – kuten ilmailussa, puolustustekniikassa, merinavigoinnissa ja avaruussovelluksissa.
Miten magneetti-induktiiviset anturit toimivat
Magneetti-induktiivinen anturi toimii osana L/R-värähtelypiiriä, jossa L tarkoittaa induktanssia ja R vastusta. Alla olevassa kuvassa on esitetty tämän piirin perusrakenne.
(Kuva: Magneetti-induktiivisen anturin peruspiiri. MI Sensor muodostaa osan kelasta, johon vaikuttaa ulkoinen magneettikenttä HE. Schmitt Trigger -piiri muuttaa anturin signaalin selkeäksi digitaaliseksi lähtösignaaliksi.)
Anturiin vaikuttava kokonaismagneettikenttä H syntyy kahdesta osasta:
- ulkoisesta kentästä (HE)
- sekä virran (I) synnyttämästä omasta kentästä kelassa.
Toisin kuin Hall-antureissa, jotka mittaavat magneettikentän aiheuttamia jännite-eroja puolijohteissa, magneetti-induktiivinen anturi perustuu kelan sähkömagneettisiin ominaisuuksiin. Tämä tekee siitä vakaamman ja vähemmän häiriöherkän, ja se mittaa tarkemmin myös ympäristöissä, joissa esiintyy tärinää tai muita sähköisiä häiriöitä.
Magneetti-induktiiviset vs. Hall-anturit
Magneetti-induktiiviset anturit tarjoavat paremman resoluution ja pienemmän kohinatason kuin Hall-anturiin perustuvat ratkaisut. Tämä tarkoittaa, että ne pystyvät havaitsemaan magneettikentän muutokset luotettavammin ja tarkemmin – myös haastavissa tai muuttuvissa olosuhteissa.
|
Ominaisuus
|
Magneetti-induktiivinen anturi
|
Hall-anturi
|
|
Herkkyys
|
Korkea
|
Matala
|
|
Kohinataso
|
Hyvin matala
|
Korkea
|
|
Ryömintä (bias drift)
|
Ei lainkaan
|
Ryömii ajan myötä
|
|
Virrankulutus
|
Matala
|
Kohtalainen
|
|
Pitkän aikavälin vakaus
|
Erittäin hyvä
|
Vaihteleva
|
Toimintaperiaatteen vertailu
Alla oleva taulukko havainnollistaa Hall-antureiden ja magneetti-induktiivisten antureiden keskeisiä toimintaperiaatteita ja sitä, miten ne havaitsevat ja käsittelevät magneettikenttiä eri tavoin.
|
Ominaisuus
|
Hall-anturi
|
Magneetti-induktiivinen anturi
|
|
Periaate
|
Kun virtaa kuljettava johdin tai puolijohde asetetaan magneettikenttään siten, että kenttä on virtaan nähden kohtisuorassa, johtimen yli syntyy potentiaaliero (Hall-jännite).
|
Anturi perustuu siihen, että kelan induktanssi muuttuu magneettikentän vaikutuksesta.
|
|
Vaikutusmekanismi
|
Varauksenkuljettajien (elektronien tai aukkojen) liike taipuu Lorentzin voiman vaikutuksesta, jolloin syntyy mitattava Hall-jännite.
|
Magneettikenttä muuttaa kelan ja ytimen välistä vuorovaikutusta, mikä muuttaa induktanssia. Tämä muutos havaitaan epäsuorasti piirin taajuuden tai jakson perusteella.
|
|
Herätysmenetelmä
|
Hall-elementin läpi johdetaan vakiovirta (tai joskus vakiojännite). Koska syntyvä Hall-jännite on hyvin pieni, tarvitaan lähes aina integroitu vahvistin.
|
Käyttää pulssiohjattua, itsevärähtelevää herätettä, joka mahdollistaa tarkan ja kohinattoman mittauksen.
|
Magneetti-induktiivisten antureiden edut
Jokaisella magneettikentän tunnistusmenetelmällä on omat vahvuutensa ja rajoitteensa. Oikea ratkaisu riippuu sovelluksen vaatimuksista – kuten tarvittavasta herkkyydestä, vakaudesta ja mittauskaistan leveydestä.
Hall-anturi
Edut:
- Edullinen ja pienikokoinen
- Helppo integroida elektroniikkaan (CMOS-yhteensopiva)
- Soveltuu hyvin kytkimiin, asennon tunnistukseen ja virran mittaukseen
Heikkoudet:
- Rajoitettu herkkyys – toimii luotettavasti vain voimakkaammissa magneettikentissä (yli muutama millitesla)
- Herkkä ympäristötekijöille
Magneetti-induktiivinen anturi
Edut:
- Erittäin korkea herkkyys – pystyy mittaamaan hyvin heikkoja kenttiä (jopa kymmenien nanoteslojen tasolla, lähellä maan luonnollista magneettikenttää)
- Erinomainen vakaus ajan ja lämpötilan suhteen
Heikkoudet:
- Rajallinen taajuuskaista (tyypillisesti hertseistä kilohertseihin, ei megahertseihin saakka)
- Rakenteeltaan moniosainen – ei yhtä sirua kuten Hall-anturi
Sovellukset: Missä kukin anturi on vahvimmillaan?
Eri anturitekniikoita käytetään sen mukaan, millaisia vaatimuksia sovelluksella on magneettikentän voimakkuuden, mittaustarkkuuden ja integroinnin suhteen.
Hall-anturi
- Auton pyörän nopeus- ja kampiakselianturit
- Harjattomien tasavirtamoottorien (BLDC) kommutointi
- Virta-anturit (avoin ja suljettu silmukka)
- Yleiskäyttöiset lähestymiskytkimet
Magneetti-induktiivinen anturi
- Digitaaliset kompassit ja geomagneettinen tunnistus
- Heikkojen magneettikenttien ja poikkeamien havaitseminen
- Paikan ja suunnan seuranta
- Tarkkuusnavigointi robotiikassa, droneissa ja IoT-laitteissa
Yhteenvetona
Sopivan magneettisen tunnistustekniikan valinta riippuu ennen kaikkea sovelluksen kentänvoimakkuudesta, herkkyystarpeista ja integrointivaatimuksista.
- Hall-anturi: paras ratkaisu voimakkaiden kenttien mittaukseen (millitesla-alue ja yli), kytkentäsovelluksiin sekä tilanteisiin, joissa halpa hinta ja kestävyys ovat tärkeämpiä kuin äärimmäinen herkkyys.
- Magneetti-induktiivinen anturi: luotettava heikkojen kenttien mittaukseen - kuten maan magneettikentän tarkkaan havaitsemiseen - tai kun vaaditaan vähäinen kohina ja alhainen virrankulutus.
Miksi magneetti-induktiivinen teknologia on käänteentekevä?
Ylivoimaisen suorituskykynsä ja teknisen edistyksellisyytensä ansiosta magneetti-induktiivisista antureista on nopeasti tullut uusi markkinajohtaja magneettikenttien mittauksessa.
Erinomainen esimerkki tästä kehityksestä on PNI Sensorin RM3100, kolmiakselinen magnetometri, joka hyödyntää magneetti-induktiivista mittaustekniikkaa. Se tarjoaa korkean resoluution, erittäin alhaisen kohinan ja täydellisen mittaustulosten vakauden ilman ryömintää – samalla kun sen virrankulutus on pieni ja rakenne on kompakti.
RM3100 on testattu äärimmäisissä olosuhteissa kuten säteilyssä, äkillisissä lämpötilavaihteluissa ja mekaanisessa tärinässä. Se on vakiinnuttanut asemansa luotettavana niin teollisuuden, puolustuksen kuin avaruusteknologian sovelluksissa ympäri maailmaa.
Muita PNI:n ratkaisuja:
Prime Pro – edullinen, pienikokoinen 9-akselinen asento- ja suuntamoduuli, joka yhdistää magneto-induktiivisen sensorin ja MEMS-kiihtyvyysanturit. Tarjoaa tarkan headingin (0,3°), pitchin ja rollin ilman GPS-riippuvuutta – ihanteellinen droneille, robotiikalle ja käsikäyttöisille laitteille.
SeaTRAX – kapeaprofiilinen (halk. < 15 mm) digitaalinen kompassi vedettäviin luotainjärjestelmiin. SeaTRAX-85°-versio säilyttää 0,25° tarkkuuden jopa napapiirillä, korvaa kalliit fluxgate-kompassit ja kestää meriolosuhteet.
Tutustu tarkemmin PNI:n tuotevalikoimaan Enkom Activen sivuilla:
https://www.enkom-active.fi/puolustusteollisuus/2762/tarkkuuskompassit-ja-asentoanturit
Seppo Junninen
Telit Cinterion, PNI, Aviat, Radwin, Mitsubishi ja antennituotteet