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)，最明顯的可能就是癌癥。作為一種診斷方法，MRI繼續(xù)發(fā)展，但是一段時(shí)間以來(lái)，這種發(fā)展已與基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展同步，尤其是圖像采集技術(shù)。
      雖然MRI掃描技術(shù)自20世紀(jì)70年代初以來(lái)不斷進(jìn)步，但其首次應(yīng)用卻始于40年代中期。在這個(gè)時(shí)間前后，有兩個(gè)獨(dú)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(lái)眾所周知的核磁共振現(xiàn)象。不久以后，畢業(yè)于英國(guó)牛津大學(xué)的Bernard Rollin博士，組裝了很可能是最早的NMR光譜儀實(shí)例。到50年代初該發(fā)現(xiàn)得到進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了高分辨率的NMR光譜儀，這時(shí)在化學(xué)和生化領(lǐng)域，它被認(rèn)為是一種潛在有用的工具。通過(guò)努力提高成像分辨率終于打開了它在診斷醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用大門，MRI掃描開始平行于NMR獨(dú)自發(fā)展。 

      它已經(jīng)脫離了一個(gè)足以躺下一名患者的平臺(tái)的傳統(tǒng)形象，而在不知不覺(jué)中演變成一個(gè)更大的、圓形的機(jī)器，就像一個(gè)巨大的感應(yīng)器，這時(shí)看不出MRI掃描是如何開展的。
     NMR/MRI 光譜儀的一個(gè)關(guān)鍵原理是檢測(cè)軟組織內(nèi)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的微弱磁場(chǎng)。這種運(yùn)動(dòng)是細(xì)胞在移位后的有效重排。而移位是由細(xì)胞接觸更強(qiáng)磁場(chǎng)所致。細(xì)胞自身的重排速度取決于其結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，而檢測(cè)出它們產(chǎn)生的非常微弱的磁場(chǎng)所采用的分辨率決定了機(jī)器的總體分辨率。
     磁場(chǎng)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，所以控制磁場(chǎng)與檢測(cè)所產(chǎn)生的細(xì)胞重排一樣關(guān)鍵?，F(xiàn)在有許多公司研制MRI掃描儀，其中很多都是家喻戶曉的知名企業(yè)，不過(guò)有趣的是，它們主要依賴其他公司的專家團(tuán)隊(duì)開發(fā)和提供這些儀器上的配套傳感器解決方案。
     LEM就是其中的一家，它是創(chuàng)新高品質(zhì)的電量參數(shù)測(cè)量解決方案領(lǐng)先提供商。由于MRI掃描儀的應(yīng)用非常廣泛，越來(lái)越迫切地需要提高它們的分辨率。這只能通過(guò)精細(xì)準(zhǔn)確的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而這反過(guò)來(lái)又在極大程度上取決于測(cè)量和控制用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流的能力。

       一段時(shí)間以來(lái)，這個(gè)領(lǐng)域采用的技術(shù)基于霍爾效應(yīng)電流傳感器，但是現(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)存在明顯不足，尤其是精度方面。LEM受該領(lǐng)域一家客戶所托研發(fā)所需的一種新型電流傳感器，為其改善現(xiàn)有性能，提供更高精度。LEM花了近7個(gè)月時(shí)間改良現(xiàn)有技術(shù)使其符合這家客戶要求，最終研發(fā)成功的這款電流傳感器是當(dāng)前市面上性能最高的。 
     LEM研發(fā)的解決方案是一種雙軸磁通門閉環(huán)傳感器，即知名的HPCT，將其工作原理與應(yīng)用更普遍的霍爾效應(yīng)技術(shù)相比，這種可能更有用。
     霍爾效應(yīng)于1879年由美國(guó)物理學(xué)家Edwin Herbert Hall 發(fā)現(xiàn)，那時(shí)他就讀于位于巴爾的摩的John Hopkins 大學(xué)。霍爾效應(yīng)由對(duì)穿過(guò)磁通密度的運(yùn)動(dòng)電荷起作用的洛倫茲力產(chǎn)生，F(xiàn)=q.（VXB）。向磁場(chǎng)中非常薄的半導(dǎo)體箔片施加一個(gè)控制電流。控制電流的運(yùn)動(dòng)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)致更多的載流子在導(dǎo)體的一端聚集，從而在導(dǎo)體兩端形成一個(gè)電勢(shì)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，任何采用霍爾效應(yīng)的電流傳感器都必須提供溫度補(bǔ)償。
     霍爾效應(yīng)最簡(jiǎn)單實(shí)用的應(yīng)用是開環(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(cè)量解決方案，同時(shí)功耗也非常低。

如圖1 開環(huán)霍爾效應(yīng)傳感器工作原理

     這種傳感器由一個(gè)用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的載流導(dǎo)體組成。磁場(chǎng)用一個(gè)開有氣隙的磁芯聚磁。氣隙內(nèi)的一個(gè)霍爾元件用于感應(yīng)磁通密度。采用控制電流和差分放大，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）的線性區(qū)內(nèi)，磁通密度B始終與初級(jí)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級(jí)電流及失調(diào)霍爾電壓Vo成正比。
     開環(huán)傳感器可以測(cè)量直流、交流和復(fù)雜電流波形，同時(shí)還提供電流隔離。正如上文提及的，其優(yōu)點(diǎn)是成本低、體積小、功耗低。同時(shí)，它們?cè)跍y(cè)量大電流（>300A）方面尤其有優(yōu)勢(shì)。不過(guò)，開環(huán)傳感器有一定局限性，例如磁路中的磁損耗導(dǎo)致的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)及帶寬不足、與溫度相關(guān)的增益漂移相對(duì)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級(jí)線圈中產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償電流，從而使總磁通量等于零。

如圖2、閉環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感器工作原理

     換而言之，次級(jí)電流Is產(chǎn)生的磁通量與初級(jí)電流產(chǎn)生的磁通量完全相同，不過(guò)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)還具備一個(gè)好處，就是次級(jí)繞組在較高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(shí)間。 
     當(dāng)磁通量等于零時(shí)，磁勢(shì)（安培匝數(shù)）等于零，相應(yīng)的，次級(jí)電流Is是初級(jí)電流Ip 的精確映射。閉環(huán)傳感器的優(yōu)點(diǎn)包括非常高的精度和良好的線性度，快速響應(yīng)時(shí)間，主要不足是次級(jí)電源電流消耗大，因?yàn)樗仨毺峁┭a(bǔ)償電流和偏置電流。
     在技術(shù)規(guī)格要求更嚴(yán)格的特定應(yīng)用場(chǎng)合，例如超低非線性誤差、低噪或非常低的與溫度相關(guān)的失調(diào)漂移等，這時(shí)霍爾效應(yīng)電流傳感器不再適用。為了滿足這些要求，LEM研發(fā)了雙軸磁通門閉環(huán)傳感器（HPCT），它可以提供精度和穩(wěn)定性均非常高的直流和交流電流測(cè)量，同時(shí)消除初級(jí)端注入的噪聲。

 如圖3、HPCT傳感器工作原理]詳細(xì)說(shuō)明了其工作原理

     該傳感器包括一個(gè)由三個(gè)磁芯（C1、C2和C3,）以及初級(jí)繞組（Wp1）和次級(jí)繞組（Ws1 - Ws4）組成的電流測(cè)量頭，如圖所示。通過(guò)將次級(jí)電流Ic注入次級(jí)繞組Ws2中實(shí)現(xiàn)閉環(huán)補(bǔ)償。Ws2后半段線圈與3個(gè)磁芯進(jìn)行磁耦合，并與測(cè)量電阻Rm串聯(lián)，從而產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓。
     對(duì)于較高頻率范圍，次級(jí)電流由兩個(gè)次級(jí)線圈（Ws1和Ws2）之間產(chǎn)生的變壓器效應(yīng)產(chǎn)生。對(duì)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(shí)繞組Ws3和 Ws4用作磁通門感應(yīng)線圈。
     由于磁通門技術(shù)已經(jīng)普及了一段時(shí)間，所以LEM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(diào)漂移非常低，時(shí)間穩(wěn)定性非常高。優(yōu)秀的線性度、超低的輸出噪聲提高了HPCT的精度和分辨率，而超大測(cè)量帶寬（直流到200kHz，-3dB）確保了該傳感器廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
     事實(shí)上，除了用于精確控制醫(yī)學(xué)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高精度測(cè)量的場(chǎng)合，如精確電流調(diào)節(jié)電源內(nèi)的反饋測(cè)量、試驗(yàn)臺(tái)電源分析校準(zhǔn)設(shè)備以及實(shí)驗(yàn)室與計(jì)量?jī)x器的電流測(cè)量。
目前，該類傳感器的工作溫度范圍相對(duì)狹窄（一般為+10C 至 +50C）。不過(guò)LEM確信以后會(huì)證明，這項(xiàng)用于發(fā)展HPCT傳感器的技術(shù)對(duì)MRI掃描前景的意義與霍爾效應(yīng)傳感器對(duì)它的推出的意義一樣重大，同時(shí)還會(huì)進(jìn)一步拓展到許多至今尚未預(yù)料到的應(yīng)用領(lǐng)域。