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磁敏傳感器的不同工作原理

時間:2017/1/12閱讀:3436
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   磁敏傳感器是傳感器產(chǎn)品的一個重要組成部分,廣泛應用于汽車、民用儀表等領(lǐng)域。

  磁敏傳感器,顧名思義就是感知磁性物體的存在或者磁性強度(在有效范圍內(nèi))這些磁性材料除永磁體外,還包括順磁材料(鐵、鈷、 鎳及其它們的合金)當然也可包括感知通電(直、交)線包或?qū)Ь€周圍的磁場。

  磁敏傳感器的不同工作原理:

  一、傳統(tǒng)的磁檢測中首先被采用的是電感線圈為敏感元件。特點正是無須在線圈中通電,一般僅對運動中的永磁體或電流載體起敏感作用。后來發(fā)展為用線圈組成振蕩槽路的。如探雷器,金屬異物探測器,測磁通的磁通計等(磁通門,振動樣品磁強計)。

  二、霍爾傳感器

  霍爾傳感器是依據(jù)霍爾效應制成的器件。

  霍爾效應:通電的載體在受到垂直于載體平面的外磁場作用時,則載流子受到洛倫茲力的作用, 并有向兩邊聚集的傾向,由于自由電子的聚集(一邊多一邊必然少)從而形成電勢差, 在經(jīng)過特殊工藝制備的半導體材料這種效應更為顯著。從而形成了霍爾元件。早期的霍爾效應的材料Insb(銻化銦)。為增強對磁場的敏感度,在材料方面半導體IIIV 元素族都有所應用。近年來,除Insb之外,有硅襯底的,也有砷化鎵的。霍爾器件由于其工作機理的原因都制成全橋路器件,其內(nèi)阻大約都在150Ω~500Ω之間。對線性傳感器工作電流大約在2~10mA左右,一般采用恒流供電法。

  Insb與硅襯底霍爾器件典型工作電流為10mA。而砷化鎵典型工作電流為2 mA。作為低弱磁場測量,我們希望傳感器自身所需的工作電流越低越好。(因為電源周圍即有磁場,就不同程度引進誤差。另外,目前的傳感器對溫度很敏感,通的電流大了,有一個自身加熱問題。(溫升)就造成傳感器的零漂。這些方面除外附補償電路外,在材料方面也在不斷的進行改進。

  霍爾傳感器主要有兩大類,一類為開關(guān)型器件,一類為線性霍爾器件,從結(jié)構(gòu)形式(品種)及用量、產(chǎn)量前者大于后者。霍爾器件的響應速度大約在1us 量級。

  三、磁阻傳感器

  磁阻傳感器,磁敏二極管等是繼霍爾傳感器后派生出的另一種磁敏傳感器。采用的半導體材料于霍爾大體相同。但這種傳感器對磁場的作用機理不同,傳感器內(nèi)載流子運動方向與被檢磁場在一平面內(nèi)。(順便提醒一點,霍爾效應于磁阻效應是并存的。在制造霍爾器件時應努力減少磁阻效應的影響,而制造磁阻器件時努力避免霍爾效應(在計算公式中,互為非線性項)。

  在磁阻器件應用中,溫度漂移的控制也是主要矛盾,在器件制備方面,磁阻器件由于與霍爾不同,因此,早期的產(chǎn)品為單只磁敏電阻。由于溫度漂移大,現(xiàn)在多制成單臂(兩只磁敏電阻串聯(lián))主要是為補償溫度漂移。目前也有全橋產(chǎn)品,但用法(目的)與霍爾器件略有差異。據(jù)報導磁阻器件的響應速度同霍爾1uS量級。

  磁阻傳感器由于工作機理不同于霍爾,因而供電也不同,而是采用恒壓源(但也需要一定的電流)供電。當后續(xù)電路不同對供電電源的穩(wěn)定性及內(nèi)部噪聲要求高低有所不同。

  磁敏傳感器的發(fā)展特點

  1.集成電路技術(shù)的應用。將硅集成電路技術(shù)應用于磁敏傳感器,制成集成磁敏傳感器。

  2.InSb薄膜技術(shù)的開發(fā)成功,使得霍爾器件產(chǎn)能劇增,成本大幅度下降。

  3.強磁體合金薄膜得到廣泛應用。各種磁阻器件出現(xiàn),應用領(lǐng)域廣泛。

  4.非晶合金材料的應用。與基礎(chǔ)器件配套應用,大大改善了磁傳感器性能。

  5.巨磁電阻多層薄膜的研究與開發(fā)。新器件的高靈敏度,高穩(wěn)定性,引起研制高密度記錄磁盤讀出頭的科技人員的極大關(guān)注。

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