磁阻傳感器的工作原理

1. 1 　磁阻效應(yīng)
物質(zhì)在磁場(chǎng)中電阻發(fā)生變化的現(xiàn)象稱(chēng)為磁阻效應(yīng)。對(duì)于鐵、鈷、鎳及其合金等強(qiáng)磁性金屬,當(dāng)外加磁場(chǎng)平行于磁體內(nèi)部磁化方向時(shí), 電阻幾乎不隨外加磁場(chǎng)變化;當(dāng)外加磁場(chǎng)偏離金屬的內(nèi)磁化方向時(shí),此類(lèi)金屬的電阻值將減小, 這就是強(qiáng)磁金屬的各向異性磁阻效應(yīng)。
1. 2 　磁阻傳感器
HMC1021Z型磁阻傳感器由長(zhǎng)而薄的玻莫合金(鐵鎳合金) 制成, 利用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體工藝, 將薄膜附著在硅片上,如圖1 (a) 。

當(dāng)沿著鐵磁合金帶的長(zhǎng)度方向施加一個(gè)電流,在垂直于電流的方向施加一個(gè)磁場(chǎng)時(shí),合金帶自身的阻值會(huì)發(fā)生最大的變化。同時(shí)制作時(shí)還在硅片上設(shè)計(jì)了兩條鋁制電流帶,一條是置位/ 復(fù)位帶,該傳感器遇強(qiáng)磁場(chǎng)感應(yīng)時(shí),將產(chǎn)生磁疇飽和現(xiàn)象, 此偏置磁場(chǎng)帶用來(lái)磁疇排列的復(fù)位(即恢復(fù)靈敏度) ,也可用來(lái)置位或復(fù)位輸出的極性; 另一條是偏置磁場(chǎng)帶,用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)偏置磁場(chǎng)以補(bǔ)償環(huán)境磁場(chǎng)。

HMC1021Z型磁阻傳感器是一維磁阻微電路集成芯片,是一種單邊封裝的磁場(chǎng)傳感器,感應(yīng)與管腳平行方向的磁場(chǎng),其結(jié)構(gòu)為惠斯登電橋, 如圖1 (b) 。其中供電電源為Ub , 在電阻器中有電流流過(guò)。在電橋上施加一個(gè)偏置磁場(chǎng)H , 使得兩個(gè)相對(duì)放置的電阻器的磁化方向朝著電流方向轉(zhuǎn)動(dòng), 引起電阻阻值增大;另外兩個(gè)相對(duì)放置的電阻器的磁化方向背向電流方向轉(zhuǎn)動(dòng),引起電阻阻值減小。

R 為薄膜電阻;ΔR/ R 為阻值的相對(duì)變化量; Ub 為傳感器的工作電壓。 

磁阻效應(yīng)傳感器

磁阻效應(yīng)傳感器是根據(jù)磁性材料的磁阻效應(yīng)制成的。磁性材料(如坡莫合金)具有各向異性，對(duì)它進(jìn)行磁化時(shí)，其磁化方向?qū)⑷Q于材料的易磁化軸、材料的形狀和磁化磁場(chǎng)的方向。如下圖2-1所示，當(dāng)給帶狀坡莫合金材料通電流I時(shí)，材料的電阻取決于電流的方向與磁化方向的夾角。如果給材料施加一個(gè)磁場(chǎng)B(被測(cè)磁場(chǎng))，就會(huì)使原來(lái)的磁化方向轉(zhuǎn)動(dòng)。如果磁化方向轉(zhuǎn)向垂直于電流的方向，則材料的電阻將減小;如果磁化方向轉(zhuǎn)向平行于電流的方向，則材料的電阻將增大。磁阻效應(yīng)傳感器一般有四個(gè)這樣的電阻組成，并將它們接成電橋。在被測(cè)磁場(chǎng)B作用下，電橋中位于相對(duì)位置的兩個(gè)電阻阻值增大，另外兩個(gè)電阻的阻值減小。在其線性范圍內(nèi)，電橋的輸出電壓與被測(cè)磁場(chǎng)成正比。

磁阻傳感器已經(jīng)能制作在硅片上，并形成產(chǎn)品。其靈敏度和線性度已經(jīng)能滿(mǎn)足磁羅盤(pán)的要求，各方面的性能明顯由于霍爾器件。遲滯誤差和零點(diǎn)溫度漂移還可采用對(duì)傳感器進(jìn)行交替正向磁化和反向磁化的方法加以消除。由于磁阻傳感器的這些優(yōu)越性能，使它在某些應(yīng)用場(chǎng)合能夠與磁通門(mén)競(jìng)爭(zhēng)。

FNN-3300就是用的磁阻傳感器，在市場(chǎng)上占據(jù)很重要的地位，所以證明在電子羅盤(pán)中磁阻式的是優(yōu)于霍爾效應(yīng)及磁通門(mén)的。