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磁阻傳感器的工作原理

1. 1 　磁阻效應(yīng)
物質(zhì)在磁場中電阻發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)。對于鐵、鈷、鎳及其合金等強磁性金屬,當(dāng)外加磁場平行于磁體內(nèi)部磁化方向時, 電阻幾乎不隨外加磁場變化;當(dāng)外加磁場偏離金屬的內(nèi)磁化方向時,此類金屬的電阻值將減小, 這就是強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度方向施加一個電流,在垂直于電流的方向施加一個磁場時,合金帶自身的阻值會發(fā)生最大的變化。同時制作時還在硅片上設(shè)計了兩條鋁制電流帶,一條是置位/ 復(fù)位帶,該傳感器遇強磁場感應(yīng)時,將產(chǎn)生磁疇飽和現(xiàn)象, 此偏置磁場帶用來磁疇排列的復(fù)位(即恢復(fù)靈敏度) ,也可用來置位或復(fù)位輸出的極性; 另一條是偏置磁場帶,用來產(chǎn)生一個偏置磁場以補償環(huán)境磁場。

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傳感器,感應(yīng)與管腳平行方向的磁場,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。在電橋上施加一個偏置磁場H , 使得兩個相對放置的電阻器的磁化方向朝著電流方向轉(zhuǎn)動, 引起電阻阻值增大;另外兩個相對放置的電阻器的磁化方向背向電流方向轉(zhuǎn)動,引起電阻阻值減小。

R 為薄膜電阻;ΔR/ R 為阻值的相對變化量; 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，對它進行磁化時，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，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磁場B(被測磁場)，就會使原來的磁化方向轉(zhuǎn)動。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)傳感器一般有四個這樣的電阻組成，并將它們接成電橋。在被測磁場B作用下，電橋中位于相對位置的兩個電阻阻值增大，另外兩個電阻的阻值減小。在其線性范圍內(nèi)，電橋的輸出電壓與被測磁場成正比。

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)能滿足磁羅盤的要求，各方面的性能明顯由于霍爾器件。遲滯誤差和零點溫度漂移還可采用對傳感器進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)用場合能夠與磁通門競爭。

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