作为生产线和自动化设备上的标配执行器，气缸具有成本低，应用易和寿命久等诸多优点。为了将气缸集成到自动化系统中，就必须向控制器提供气缸杆的位置信号。我们可以通过多种方式来检测气动气缸的伸出或缩回状态，并向控制系统提供相应的状态信号。

 

　　其中，最常用的方法莫过于磁性检测了。上图是某种气缸的剖视图，相信您能看见嵌入在气缸活塞内的磁体。

　　在机械设备中，我们比较常见的位置感测元件是安装在运动部件外部的限位开关或者电感式接近开关。这种做的优点很多，缺点是要添加安装支架和感应块等硬件。这无疑加大了生产成本和设备的复杂性，同时也增加了调整的难度以及整个组件的物理尺寸。而且时间长了，还会导致硬件的损坏和长期冲击造成的位置偏移。

 
　　在气缸的应用中，更普遍和广泛使用的方法是将磁致动开关或传感器附接到气缸的侧面或者挤入到气缸的本体的狭槽中。磁场传感器通过检测安装在气缸活塞中的磁体来判断缸杆的移动和位置。在大多数应用中，磁性传感器在任一方向上提供行程的末端检测; 然而，若是沿着圆筒的方向安装多个传感器则可以检测多个离散的位置。

　　配合外部磁场传感器一起使用的通常有两种不同类型的圆柱形磁体。

　　第一种可能是最广泛使用的，称为轴向磁化磁体，它是驱动大多数磁簧开关的理想选择。两个接近开关（顶部）检测目标以用于行程末端感测。安装到气缸（底部）的磁场传感器提供了更通用和可靠的开关解决方案。这里，簧片开关连接到拉杆。具有在轴向平面中彼此相邻的北极和南极。

　　另一种被称为径向磁化磁体，其与霍尔效应传感器是最佳拍档。

　　先来说说最简单的磁场传感器----簧片开关。该器件由两个扁平的铁磁性镍和铁元件组成，封装在密封的玻璃管中。将玻璃管抽真空至高真空以使接触电弧最小化。当轴向对准的磁体接近时，簧片元件吸引磁通线并通过磁力吸合在一起，从而完成电路的闭合。磁体必须具有足够高的高斯等级，通常超过50高斯，以克服簧片元件的返回力。

　　簧片开关的优点是它们的成本低，它们不需要待机功率，并且它们可以用于交流和直流电负载。然而，簧片开关反应相对较慢，因此对于一些高速应用可能无法快速地响应。由于它们是具有运动部件的机械装置，所以它们的吸合次数有限。而且通断大电流电负载又进一步缩短其预期寿命。此外，在高冲击和振动应用中安装的舌簧开关可能会发生误通断甚至物理损坏。在许多自动化工厂中，簧片开关不良是计划外停机的主要因素。在具有数百个簧片开关的工厂中，故障可能几乎每小时发生，想想都够头痛的，更不用说生产率的损失了。

　　再来看看霍尔效应传感器 - 霍尔效应传感器是固态电子设备。它们由电压放大器和驱动开关输出的比较器电路组成。在霍尔效应传感器中，稳定的直流电流通过薄的霍尔效应芯片。电子在元件上的分布是均匀的，并且电流在直线上移动，在输出（位于芯片的侧面）处没有产生电势差。当径向取向的磁体接近时，磁场垂直于通过霍尔元件的电流。垂直磁体的存在将电子从它们的直线路径推向芯片的一侧。

　　上图显示的是嵌入在气动缸的活塞中的磁体传送沿轴向或径向方向定向的磁场。

　　因为霍尔效应传感器是电子设备，所以它们是非接触的。与簧片开关不同，它们的响应时间不依赖于克服机械惯性的磁力。它们操作更快，更耐冲击和振动。

　　上图简要地描述了磁场是如何影响霍尔效应传感器的输出。因此，电子电荷的不平衡在霍尔效应元件上产生电位电压。产生的小微电压与磁场的强度成比例。一旦在芯片上产生的电压幅度已经满足比较器电路的阈值电平，则传感器输出。

　　上图显示了基于外部磁场的霍尔效应传感器的典型输出电压。

　　看起来不像很难得样子，若是簧片开关坏了，只需更换一个带有霍尔效应传感器就收工了。可问题是，针对簧片开关设计的圆柱体的磁场取向是轴向的，而霍尔效应传感器的取向是径向的。结果捏？当被轴向定向的磁体激活时，霍尔效应传感器可能无法正常工作。另一个问题是霍尔效应传感器通常具有相当低的灵敏度，使得磁场强度必须在30-60高斯范围内。最后，一些廉价的霍尔效应传感器易受双重切换干扰，这是因为传感器将检测磁体的两极，而不是简单地检测一个。

　　于是乎，各向异性磁阻传感器出现了 - 它是另一种类型的固态磁场传感器，是各向异性磁阻（AMR）品种。AMR传感器的工作原理是简单的：传感器元件在存在磁场时经历电阻变化，改变流过传感元件的偏置电流的流动。比较器电路检测电流的变化并切换传感器的输出。与产生微小的微伏级信号的霍尔效应传感技术相比，AMR元件以更强的3％至4％的偏置电流变化响应。这导致更多的抗噪声和更少的对假跳闸的敏感性。

　　通常，对于给定的磁场强度，AMR传感器比霍尔效应传感器响应性大约高200倍。操作AMR传感器所需的实际磁场强度可低至15高斯。AMR技术的改进现在允许这些传感器检测轴向和径向磁化的磁体。

　　上图是在各向异性磁阻传感器中使用的惠斯通电桥电路。

　　除了固态结构的耐用性，AMR传感器提供更好的抗噪声能力，更小的物理尺寸和更低的机械迟滞（当从相反方向接近传感器时，开关点的差异）。高品质AMR传感器制造商采用额外的输出保护电路，以提高整体电气耐用性，例如过载保护，短路保护和反向连接保护。与霍尔效应传感器不同，不存在双开关点，因为磁阻传感器的更高的灵敏度允许其在磁场的低强度部分通过传感器下方时保持在开状态。当敏感度较低的霍尔效应传感器当它们看到位于两个较强区域之间的磁场的较弱部分时，常常会掉线，然后当场强增加时再次接通。
 
　　AMR传感器的领先制造商开发了焊接场免疫版本，可以在交流焊接领域可靠地工作，强度为200kA / m，没有假信号或电气损坏。许多这些焊接传感器具有金属外壳，以进一步防止热焊接飞溅。

　　巨磁阻传感器 - 最新的磁场传感技术被称为巨磁阻（GMR）。与AMR技术相比，GMR传感器对磁场的存在具有甚至更强的反应，至少10％。

 

 

　　上图图示了巨磁阻传感器的基本元件。照片显示了安装在微型气动缸上的GMR传感器的紧凑设计。

　　由于其高灵敏度，构造实用的GMR磁场传感器需要更少的物理芯片材料，因此GMR传感器可以封装在更小的外壳中，用于诸如短行程气缸，非常小内径气缸或微型气动夹具。更高质量的GMR传感器制造商还增加了先进的输出保护电路，如过载保护，短路保护和反向连接保护。

　　多年来，许多用户由于其故障率而放弃使用簧片开关，并且已经利用机械或感应传感器来检测气缸位置。AMR和GMR传感器更小，更快，易于集成，更可靠; 然而，他们必须克服他们的前辈留下的污名。随着传感器技术的巨大改进，AMR和GMR传感器现在应被视为检测气缸位置的主要解决方案。