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巨磁电阻(GMR)磁场传感器是按照什么道理工作的?

[转贴 2007-10-11 12:29:52]

字号:大 中 小

GMR磁场传感器的工作道理

巨磁电阻(GMR)效应是1988年发现的一种磁致电阻效应,由于相对于传统的磁电阻效应大一个数量级以上,是以名为巨磁电阻(Giant Magnetoresistanc),略称GMR。

1.巨磁电阻(GMR)道理,见图一。

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巨磁电阻(GMR)效应来自于载流电子的不同自旋状态与磁场的作用不同,因而导致的电阻值的变化。这类效应只有在纳米尺度的薄膜结构中才能不雅测出来。赋以特殊的结构设计这类效应还可以调整以适应各类不同的性能需要。

2.巨磁电阻(GMR)传感器道理,见图二。

巨磁电阻(GMR)传感器将四个巨磁电阻(GMR)组成惠斯登电桥结构,该结构可以减少外界环境对传感器输出稳定性的影响,增加传感器灵敏度。工作时图中“电流输入端”接5V~20V的稳压电压,“输出端”在外磁场作用下即输出电压信号。

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3.巨磁电阻(GMR)传感器性能,见图三,表一。

图三所示为巨磁电阻(GMR)传感器在外场中的性能曲线,表明该传感器在±200Oe的磁场规模类有较好的线性。

表一所示为国际上各公司生产的巨磁电阻(GMR)传感器的性能对照,表中示明有(库万军)处为本公司产品。相比较表明本公司的产品不管灵敏度或线性规模都有较大的优越性,而且本公司产品性能仍在不停的富厚和完善过程当中。更为重要的是,本公司产品采用特殊的结构,适宜于采用半导体集成化规模生产,是以生产成本低。

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图3巨磁电阻(GMR)传感器在外场下的性能曲线

表一 各公司巨磁电阻(GMR)传感器性能对照

灵敏度(mV/V*Oe)

线性规模(Oe)

结构及材料

偏磁技术

IBM

0.8

±25

SPIN-VALVE

设置电流

NVE

0.45

±135

Co/Cu多层膜

外置偏磁铁

Honeywell

1

±6

NiFe film

(AMR)

EPFL-CH

0.024

±150

聚磁通霍尔元件

INESC

0.6

±30

SPIN-VALVE

设置电流

INESC

(库万军)

0.21

±135

NiFe/CoFe/Cu

多层膜

CoFe/CoPt

双层膜

INESC

(库万军)

0.17

±200

NiFe/CoFe/Cu

多层膜

CoPt膜

(两矫顽力)

INESC

(库万军)

1.3

±20

SPIN-VALVE

两次沉积

INESC

(库万军)

探量观测磁场X-Y分量的集成元件

INESC

(库万军)

数字 、脉冲型

3.产品使用说明

a .巨磁电阻(GMR)传感器作为一种有源器件,其工作必须供给5~20V的直流电源。而且该电源的稳定性直接影响传感器的测试精度,是以要求以稳压电源供给;使用中也应避免过电压供电;

b .巨磁电阻(GMR)传感器作为一种高精度的磁敏传感器,对使用磁环境也有一定的要求,其型号选用应按照使用环境的磁场大小来决定;

c. 巨磁电阻(GMR)传感器对磁场的灵敏度与方向有关。其外形结构上示明的敏感轴为传感器对磁场最为灵敏的方向,拜见图四。当不平行时,灵敏度减低,其关系为

Sθ=S0COSθ

其中Sθ为磁场方向与传感器敏感轴间的夹角为θ时的灵敏度,S0为磁场方向与传感器敏感轴平行时的灵敏度。

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图4 巨磁电阻(GMR)传感器外形结构及接线图

d. 对于输出特征相对于外磁场为偶函数时,则将传感器作为测量使用时需要外加偏置磁场。理想情况偏置磁

场的大小为传感器保持线性规模磁场的1/2。

标签: 科学技术 .

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