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[摘 要]在有限的空间和已确定了磁性标识物的情况下，如何减少磁场干扰和提高磁性标识物信号检测可靠性的问题，本文通过一些具体的应用实例，给出了一种可供业内人士进行探索和论证的方法及经验总结，以期与同行共勉。
[关键词]磁性标识；位置检测；包装机械；限位信标
中图分类号：S399 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）16-0082-02
一、关于磁场的一般概念
磁场是一种看不见、摸不着却又容易被人感觉得到的特殊物质，玩过指南针的小孩都知道：指南针的某一端总是指向一个特定的方向。早在宋代沈括就在《梦溪笔谈》中记载了地磁偏角现象，他说：“方家（术士）以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”。
虽然磁场不是由原子或分子构成，但它的存在却是客观的。磁场具有波粒二象性，是一个有大小和方向的物理量，用来表示磁场强弱和方向的物理量叫磁感应强度。
磁体周围存在磁场，磁体上磁感应强度（或称磁通量）大的两端称为磁极。磁极是成对出现的，到目前为止还没有人发现世界上存在单极磁体。不随时间变化而变化的磁场称为静磁场（恒定磁场），随时间变化的磁场称为动磁场（变化磁场）。
随时间变化的磁场会产生电场，反之，随时间变化的电场也会产生磁场。磁体间的相互作用是以磁场为媒介的，它不需要任何直接的几何接触。
二、磁性物质在日常生活中的应用
存在磁场的物质称为磁性物质，或简称磁体，在人们的生活空间中无处不存在。地球有地磁场，海龟能通过地球磁场和太陽及其他星体的位置来辨别方向，信鸽能在遥远的地方飞回而不迷失方向，船舶和飞机航行时可用磁罗盘测量其方位角，都是得益于地磁的帮助；空中有电磁波，人们之所以能用手机来打电话和移动上网，靠的就是电磁波；在工业自动化控制领域，用磁性物质作位置标识，可以实施无机械碰撞的限位控制；电工技术中的动圈仪表靠电磁作用可以把多种物理量值通过机械的方式表示出来；在电厂可以利用磁场产生供工农业生产和人们日常生活所需的电能；在医学上通过核磁共振可以进行疾病诊断，可以用磁场进行治病。战国时的《神农本草经》就记载：“慈（磁）石味辛酸寒，主治周痹风温、肢节肿痛……”，李时珍的《本草纲目》也详述了磁石治病的案例，如“大肠脱肛用磁石未面糊调卤上”、“小儿惊痫，磁石炼水饮之。”今天市面上的各种磁疗器械也是用磁场这种物质来治病的。
三、磁场对工业生产的重要性
现代工业生产中几乎无处不用磁场这种物质。发电机是利用线圈切割磁场产生电动势来把机械能转换成电能的机电设备，电动机是通过磁场来把电能转变成机械能的电机设备，自动控制设备中的继电器开关也是通过磁场的作用来把控制指令转换成电气开关动作的电动控制器件，电磁除铁器是利用电能转换成磁能来清除物料中的铁磁性杂质，过程控制中的电磁感应式接近开关也是靠磁场作用的，为了实现电磁隔离而用的干簧管信号开关也是靠磁场来作用的，磁场还是磁悬浮列车运行的关键媒介。
四、常见的几种检测磁性物质的方法
生产和生活中所遇到的磁场是不尽相同的，有不随时间的变化而变化的恒定磁场，有随着时间的变化而变化的非恒定磁场，有方向都会改变的交变磁场，有快速变化的磁场，也有缓慢变化的磁场，还有强磁场和弱磁场等。针对这些不同的磁场会有不同的检测方法，这里主要列举几种工业控制和日常生活见得最多的中、强磁场的检测方法。
4.1、簧片开关
簧片开关在实际应用中常见的表现形式是干簧管，工业上常用作限位控制和位置检测，当作为标识的磁性物质经过或接近干簧管时，干簧管内的簧片开关就会接通，此时表示运动物体已到了预定位置。在安防领域，防盗装置常用它来检测门、窗是否被打开时所用的门磁开关，就是干簧管和门磁作用的结果。
4.2、磁感应式接近开关
磁感应式接近开关在自动控制系统中也是一种被广泛应用位置标识识别装置。只不过是这种识别装置不只是仅仅能识别磁性标识物，很多非磁性金属物质标识物它也能性知识，但它也是通过磁场的作用原理来工作的。当靠近金属标识物时，在接近开关的标识物识别端头较强的交变磁场状态会因标识物受到感应作用而产生涡流，导致损耗了部份电磁能，使原来的磁场状态被改变，从而输出接近标识物的状态信号。
磁感应式接近开关本身是一种由电场产生磁场的磁性标识物，在没有工作电源时，是不能产生磁场的，但加上电源并令其正常工作时，在其头部附近是有较强的磁场的，所以要躲避场的物体不能靠近磁感应式接近开关头部。
4.3、霍尔传感器
这是根据霍尔效应原理做成的半导体器件，由于体积小，且可以获得与磁场强度成比例的信号输出，因此不但可以用作检测磁性物质的开关器件，还可以用来检测磁性物质的接近程度，通过探测磁场强度来测量电流的大小。
4.4、场强测试仪器
在无线电通讯领域，一方面使用场强测试仪器来测定和分析无线电波覆盖区域和强弱分布情况，确定中断基站的架设布局。另一方面使用场强测试仪器来测定发射设备的电磁波辐射性能和接收设备的灵敏度。
五、磁场的产生
磁场的存在是区别磁性标识物与非磁性标识物的唯一方法。在当今的生产和生活环境中，获得磁场的途径有两种：一种是利用天然的磁矿石，远古的指南针就是用天然的磁矿石制造的；另一种是人造的，也是被得到广泛使用的磁场，是根据电磁原理产生的，即“通电的导体周围会有磁场”，这种产生磁场的工具我们早在初中时期就认识了叫“螺线管”的教具。
按不同的分类区别，习惯上把长期都存在磁场的物体称为永磁体，如教学上用的蹄形磁铁、电声转换器上的磁钢、电动自行车上永磁电机的转子；把通电时才有磁场存在的物体称为电磁铁，如电磁除铁器、磨床上的吸盘、干簧管继电器、卷扬机上的抱闸；把能够向空间辐射电磁能量的电磁元件、装置、构件称为无线发射天线，在发射天线周围存在着高频交变磁场，这种高频交变磁场会产生相同频率的交变电场，而这种由高频交变磁场产生的频率相同的交变电场又会生产相同频率的交变磁场，这种交织在一起的磁场和电场不断地向外扩散便形成了一种被业内人士称为“电磁波”的物质，于是便有了无线电话、移动互联网、共享单车。 六、提高磁性标识物作用可靠性初探
作为磁性标识物，通常是指用永磁物质制作而成的作为标记某些位置点的标识物品，我们这里要谈的磁性标识物也是指这类物品，它们都是一种永磁体，但习惯称呼却有所不同。有些被叫做磁铁，如比较容易破碎的用铁氧体磁性材料制作而成的永磁体；有些被称为磁钢，如用铁钕硼磁性材料制作而成的永磁体。由于用铁钕硼磁性材料制作而成的永磁體具有较用铁氧体磁性材料制作而成的永磁体强好几倍的磁感应强度，因此快速地得到了广泛的推广和应用，并被人们赋予它叫“巨磁”的美名，商品名称通常仍然是叫磁珠、磁柱、磁环的。
作为一种磁性标识物的物质，不是磁场越强越好，也不是越弱越好，具体情况要看应用环境来定夺。下面就根据一些实例来具体地讨论一下。
图1-1中的1是一种圆柱形磁珠，图1-2是它的仰视图，图2是图1-1所示的那种圆柱形磁珠周边的磁场分布示意图，图3-1是图1所示的那种圆柱形磁珠的S极紧贴一块铁磁材质（非永磁体）的圆饼3后其周边的磁场分布示意图。
在图3-1中，由于磁感应的作用，铁磁材质的圆饼3被磁化，从而改变了图2所示的磁场分布状态，在图2中的磁力线2被延伸成了图3-1中较长的磁力线4，从而使图2中磁场中心轴上到N极的距离为D1的A点的磁感应强度也发生了变化，成为了图3-1中磁场中心轴上到N极的距离为D2的B点。从定性角度分析就可知：如果距离值D1与D2相等，那么B点的磁感应强度就会大于A点；如果要求A、B两点的磁感应强度相等，那么距离值D2就会大于D1，即用同样的传感器却仍然能在距离磁极N较远的地点检测到之前无法检测得到的磁性标识物。定量分析的结果可参见发明专利ZL201010161055.2《一种提高磁性标记检测信号可靠性的方法》说明书的第[0008]段公开的实验数据。
通过定性分析与定量测量可知，当检测点的磁感应强度达不到可靠的要求时，可以通过在磁极的一端添加铁磁物质材料的方法延长其等效的磁极距离或称延长磁力线，这种被添加的铁磁材料的形状是不需要人为的加以限制的，但要根据应用环境的实际情况来确定；当检测点的磁感应强度太大以至于干扰到其它检测点的信号可靠性时，就要设法把磁性标识物周边的铁磁物质排除干净或尽量减少或增加距离，甚至采取磁屏蔽措施（其实质也是利用缩短磁路的原理）。
当磁性标识物的位置值的重复性能不好时，即多次测量结果的一致性较差或称位置边缘模糊，这时也可通过调整磁场的结构来对其进行优化。如果磁场分布较广以至于磁感应强度较弱，则可以通过调整磁性标识物周边的铁磁物质来聚集原本是分散的磁力线，使磁场边缘强度变化尽量陡峭化，从而提高测量精度；如果磁感应强度太大，导致磁场作用范围太广，此时依然可以通过调整磁性标识物周边的铁磁物质来短路掉部份磁力线，屏蔽那些会引发干扰的磁场，减弱磁场在作用点外的磁感应强度。
七、结论
通过改变磁场周围的磁性介质，可以改变磁场的分布并影响磁极的间距，从而干扰检测结果的可靠性。当磁极间距拉大时，可以降低对传感器灵敏度的要求，相当于提高了传感器的灵敏度；当磁极间距缩短时，可以提高位置定位检测的准确性，但降低了信号的可靠性。即增强磁场强度，可提高识别磁性标识物的可靠性，减弱磁场强度，可提高重复检测磁性标识物位置的准确性。本文介绍的技术与方法可广泛地应用在各种包装机械、设备或其它生产线上来增强传输线上移动物件位置信号检测的可靠性，也可用在需要检测往返运动物体的转折点位置的应用场合。
参考资料
[1] 《磁性测量手册》，机械工业出版社2014年01月出版，作者：（波兰）斯朗瓦莫编著，赵书涛，葛玉敏译.
[2] 《电磁学》，北京大学出版社2014年11月出版，作者：陈秉乾.
[3] 《自动化控制系统设计实例手册》，中国建筑工业出版社2011年12月出版，作者：封苏伟.
[4] 《传感器与检测技术应用》，冶金工业出版社2013年2月出版，作者：蔡丽.
[5] 《传感器技术大全》，北京航空航天大学出版社2007年11月出版，作者：张洪润.
[6] 《自动检测与转换技术》（第3版），机械工业出版社2010年03月出版，作者：梁森.
[7] 《传感器原理与传感器技术》，机械工业出版社2010年05月出版，作者：贾石峰主编.
[8] 《传感器实用技术》，机械工业出版社2012年06月出版，作者：王建、崔书华、邱鹏主编.
[9] 发明专利ZL201010161055.2《一种提高磁性标记检测信号可靠性的方法》说明书，授权公告号CN102237167B，专利权人：柳州桂通科技有限公司.
[关键词]磁性标识；位置检测；包装机械；限位信标
中图分类号：S399 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）16-0082-02
一、关于磁场的一般概念
磁场是一种看不见、摸不着却又容易被人感觉得到的特殊物质，玩过指南针的小孩都知道：指南针的某一端总是指向一个特定的方向。早在宋代沈括就在《梦溪笔谈》中记载了地磁偏角现象，他说：“方家（术士）以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”。
虽然磁场不是由原子或分子构成，但它的存在却是客观的。磁场具有波粒二象性，是一个有大小和方向的物理量，用来表示磁场强弱和方向的物理量叫磁感应强度。
磁体周围存在磁场，磁体上磁感应强度（或称磁通量）大的两端称为磁极。磁极是成对出现的，到目前为止还没有人发现世界上存在单极磁体。不随时间变化而变化的磁场称为静磁场（恒定磁场），随时间变化的磁场称为动磁场（变化磁场）。
随时间变化的磁场会产生电场，反之，随时间变化的电场也会产生磁场。磁体间的相互作用是以磁场为媒介的，它不需要任何直接的几何接触。
二、磁性物质在日常生活中的应用
存在磁场的物质称为磁性物质，或简称磁体，在人们的生活空间中无处不存在。地球有地磁场，海龟能通过地球磁场和太陽及其他星体的位置来辨别方向，信鸽能在遥远的地方飞回而不迷失方向，船舶和飞机航行时可用磁罗盘测量其方位角，都是得益于地磁的帮助；空中有电磁波，人们之所以能用手机来打电话和移动上网，靠的就是电磁波；在工业自动化控制领域，用磁性物质作位置标识，可以实施无机械碰撞的限位控制；电工技术中的动圈仪表靠电磁作用可以把多种物理量值通过机械的方式表示出来；在电厂可以利用磁场产生供工农业生产和人们日常生活所需的电能；在医学上通过核磁共振可以进行疾病诊断，可以用磁场进行治病。战国时的《神农本草经》就记载：“慈（磁）石味辛酸寒，主治周痹风温、肢节肿痛……”，李时珍的《本草纲目》也详述了磁石治病的案例，如“大肠脱肛用磁石未面糊调卤上”、“小儿惊痫，磁石炼水饮之。”今天市面上的各种磁疗器械也是用磁场这种物质来治病的。
三、磁场对工业生产的重要性
现代工业生产中几乎无处不用磁场这种物质。发电机是利用线圈切割磁场产生电动势来把机械能转换成电能的机电设备，电动机是通过磁场来把电能转变成机械能的电机设备，自动控制设备中的继电器开关也是通过磁场的作用来把控制指令转换成电气开关动作的电动控制器件，电磁除铁器是利用电能转换成磁能来清除物料中的铁磁性杂质，过程控制中的电磁感应式接近开关也是靠磁场作用的，为了实现电磁隔离而用的干簧管信号开关也是靠磁场来作用的，磁场还是磁悬浮列车运行的关键媒介。
四、常见的几种检测磁性物质的方法
生产和生活中所遇到的磁场是不尽相同的，有不随时间的变化而变化的恒定磁场，有随着时间的变化而变化的非恒定磁场，有方向都会改变的交变磁场，有快速变化的磁场，也有缓慢变化的磁场，还有强磁场和弱磁场等。针对这些不同的磁场会有不同的检测方法，这里主要列举几种工业控制和日常生活见得最多的中、强磁场的检测方法。
4.1、簧片开关
簧片开关在实际应用中常见的表现形式是干簧管，工业上常用作限位控制和位置检测，当作为标识的磁性物质经过或接近干簧管时，干簧管内的簧片开关就会接通，此时表示运动物体已到了预定位置。在安防领域，防盗装置常用它来检测门、窗是否被打开时所用的门磁开关，就是干簧管和门磁作用的结果。
4.2、磁感应式接近开关
磁感应式接近开关在自动控制系统中也是一种被广泛应用位置标识识别装置。只不过是这种识别装置不只是仅仅能识别磁性标识物，很多非磁性金属物质标识物它也能性知识，但它也是通过磁场的作用原理来工作的。当靠近金属标识物时，在接近开关的标识物识别端头较强的交变磁场状态会因标识物受到感应作用而产生涡流，导致损耗了部份电磁能，使原来的磁场状态被改变，从而输出接近标识物的状态信号。
磁感应式接近开关本身是一种由电场产生磁场的磁性标识物，在没有工作电源时，是不能产生磁场的，但加上电源并令其正常工作时，在其头部附近是有较强的磁场的，所以要躲避场的物体不能靠近磁感应式接近开关头部。
4.3、霍尔传感器
这是根据霍尔效应原理做成的半导体器件，由于体积小，且可以获得与磁场强度成比例的信号输出，因此不但可以用作检测磁性物质的开关器件，还可以用来检测磁性物质的接近程度，通过探测磁场强度来测量电流的大小。
4.4、场强测试仪器
在无线电通讯领域，一方面使用场强测试仪器来测定和分析无线电波覆盖区域和强弱分布情况，确定中断基站的架设布局。另一方面使用场强测试仪器来测定发射设备的电磁波辐射性能和接收设备的灵敏度。
五、磁场的产生
磁场的存在是区别磁性标识物与非磁性标识物的唯一方法。在当今的生产和生活环境中，获得磁场的途径有两种：一种是利用天然的磁矿石，远古的指南针就是用天然的磁矿石制造的；另一种是人造的，也是被得到广泛使用的磁场，是根据电磁原理产生的，即“通电的导体周围会有磁场”，这种产生磁场的工具我们早在初中时期就认识了叫“螺线管”的教具。
按不同的分类区别，习惯上把长期都存在磁场的物体称为永磁体，如教学上用的蹄形磁铁、电声转换器上的磁钢、电动自行车上永磁电机的转子；把通电时才有磁场存在的物体称为电磁铁，如电磁除铁器、磨床上的吸盘、干簧管继电器、卷扬机上的抱闸；把能够向空间辐射电磁能量的电磁元件、装置、构件称为无线发射天线，在发射天线周围存在着高频交变磁场，这种高频交变磁场会产生相同频率的交变电场，而这种由高频交变磁场产生的频率相同的交变电场又会生产相同频率的交变磁场，这种交织在一起的磁场和电场不断地向外扩散便形成了一种被业内人士称为“电磁波”的物质，于是便有了无线电话、移动互联网、共享单车。 六、提高磁性标识物作用可靠性初探
作为磁性标识物，通常是指用永磁物质制作而成的作为标记某些位置点的标识物品，我们这里要谈的磁性标识物也是指这类物品，它们都是一种永磁体，但习惯称呼却有所不同。有些被叫做磁铁，如比较容易破碎的用铁氧体磁性材料制作而成的永磁体；有些被称为磁钢，如用铁钕硼磁性材料制作而成的永磁体。由于用铁钕硼磁性材料制作而成的永磁體具有较用铁氧体磁性材料制作而成的永磁体强好几倍的磁感应强度，因此快速地得到了广泛的推广和应用，并被人们赋予它叫“巨磁”的美名，商品名称通常仍然是叫磁珠、磁柱、磁环的。
作为一种磁性标识物的物质，不是磁场越强越好，也不是越弱越好，具体情况要看应用环境来定夺。下面就根据一些实例来具体地讨论一下。
图1-1中的1是一种圆柱形磁珠，图1-2是它的仰视图，图2是图1-1所示的那种圆柱形磁珠周边的磁场分布示意图，图3-1是图1所示的那种圆柱形磁珠的S极紧贴一块铁磁材质（非永磁体）的圆饼3后其周边的磁场分布示意图。
在图3-1中，由于磁感应的作用，铁磁材质的圆饼3被磁化，从而改变了图2所示的磁场分布状态，在图2中的磁力线2被延伸成了图3-1中较长的磁力线4，从而使图2中磁场中心轴上到N极的距离为D1的A点的磁感应强度也发生了变化，成为了图3-1中磁场中心轴上到N极的距离为D2的B点。从定性角度分析就可知：如果距离值D1与D2相等，那么B点的磁感应强度就会大于A点；如果要求A、B两点的磁感应强度相等，那么距离值D2就会大于D1，即用同样的传感器却仍然能在距离磁极N较远的地点检测到之前无法检测得到的磁性标识物。定量分析的结果可参见发明专利ZL201010161055.2《一种提高磁性标记检测信号可靠性的方法》说明书的第[0008]段公开的实验数据。
通过定性分析与定量测量可知，当检测点的磁感应强度达不到可靠的要求时，可以通过在磁极的一端添加铁磁物质材料的方法延长其等效的磁极距离或称延长磁力线，这种被添加的铁磁材料的形状是不需要人为的加以限制的，但要根据应用环境的实际情况来确定；当检测点的磁感应强度太大以至于干扰到其它检测点的信号可靠性时，就要设法把磁性标识物周边的铁磁物质排除干净或尽量减少或增加距离，甚至采取磁屏蔽措施（其实质也是利用缩短磁路的原理）。
当磁性标识物的位置值的重复性能不好时，即多次测量结果的一致性较差或称位置边缘模糊，这时也可通过调整磁场的结构来对其进行优化。如果磁场分布较广以至于磁感应强度较弱，则可以通过调整磁性标识物周边的铁磁物质来聚集原本是分散的磁力线，使磁场边缘强度变化尽量陡峭化，从而提高测量精度；如果磁感应强度太大，导致磁场作用范围太广，此时依然可以通过调整磁性标识物周边的铁磁物质来短路掉部份磁力线，屏蔽那些会引发干扰的磁场，减弱磁场在作用点外的磁感应强度。
七、结论
通过改变磁场周围的磁性介质，可以改变磁场的分布并影响磁极的间距，从而干扰检测结果的可靠性。当磁极间距拉大时，可以降低对传感器灵敏度的要求，相当于提高了传感器的灵敏度；当磁极间距缩短时，可以提高位置定位检测的准确性，但降低了信号的可靠性。即增强磁场强度，可提高识别磁性标识物的可靠性，减弱磁场强度，可提高重复检测磁性标识物位置的准确性。本文介绍的技术与方法可广泛地应用在各种包装机械、设备或其它生产线上来增强传输线上移动物件位置信号检测的可靠性，也可用在需要检测往返运动物体的转折点位置的应用场合。
参考资料
[1] 《磁性测量手册》，机械工业出版社2014年01月出版，作者：（波兰）斯朗瓦莫编著，赵书涛，葛玉敏译.
[2] 《电磁学》，北京大学出版社2014年11月出版，作者：陈秉乾.
[3] 《自动化控制系统设计实例手册》，中国建筑工业出版社2011年12月出版，作者：封苏伟.
[4] 《传感器与检测技术应用》，冶金工业出版社2013年2月出版，作者：蔡丽.
[5] 《传感器技术大全》，北京航空航天大学出版社2007年11月出版，作者：张洪润.
[6] 《自动检测与转换技术》（第3版），机械工业出版社2010年03月出版，作者：梁森.
[7] 《传感器原理与传感器技术》，机械工业出版社2010年05月出版，作者：贾石峰主编.
[8] 《传感器实用技术》，机械工业出版社2012年06月出版，作者：王建、崔书华、邱鹏主编.
[9] 发明专利ZL201010161055.2《一种提高磁性标记检测信号可靠性的方法》说明书，授权公告号CN102237167B，专利权人：柳州桂通科技有限公司.