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磁敏传感器的工作原理

发布时间:2020-01-18

【导读】磁敏传感器,顾名思义就是感知磁性物体的存在或者磁性强度(在有效范围内)这些磁性材料除永磁体外,还包括顺磁材料(铁、钴、 镍及其它们的合金)当然也可包括感知通电(直、交)线包或导线周围的磁场。
 
磁敏传感器工作原理
磁敏传感器,顾名思义就是感知磁性物体的存在或者磁性强度(在有效范围内)这些磁性材料除永磁体外,还包括顺磁材料(铁、钴、 镍及其它们的合金)当然也可包括感知通电(直、交)线包或导线周围的磁场。
 
一, 传统的磁检测中首先被采用的是电感线圈为敏感元件。特点正是无须在线圈中通电,一般仅对运动中的永磁体或电流载体起敏感作用。后来发展为用线圈组成振荡槽路的。 如探雷器, 金属异物探测器,测磁通的磁通计等。 (磁通门,振动样品磁强计)。
 
二, 霍尔传感器
 
磁敏传感器的工作原理
 
霍尔效应:通电的载体在受到垂直于载体平面的外磁场作用时,则载流子受到洛伦兹力的作用, 并有向两边聚集的倾向,由于自由电子的聚集(一边多一边必然少)从而形成电势差, 在经过特殊工艺制备的半导体材料这种效应更为显著。从而形成了霍尔元件。早期的霍尔效应的材料Insb(锑化铟)。为增强对磁场的敏感度,在材料方面半导 体IIIV 元素族都有所应用。近年来,除Insb之外,有硅衬底的,也有砷化镓的。霍尔器件由于其工作机理的原因都制成全桥路器件,其内阻大约都在 150Ω~500Ω之间。对线性传感器工作电流大约在2~10mA左右,一般采用恒流供电法。
 
Insb与硅衬底霍尔器件典型工作电流为10mA。而砷化镓典型工作电流为2 mA。作为低弱磁场测量,我们希望传感器自身所需的工作电流越低越好。(因为电源周围即有磁场,就不同程度引进误差。另外,目前的传感器对温度很敏感,通 的电流大了,有一个自身加热问题。(温升)就造成传感器的零漂。这些方面除外附补偿电路外,在材料方面也在不断的进行改进。
 
霍尔传感器主要有两大类,一类为开关型器件,一类为线性霍尔器件,从结构形式(品种)及用量、产量前者大于后者。霍尔器件的响应速度大约在1us 量级。
 
三,磁阻传感器
磁阻传感器,磁敏二极管等是继霍尔传感器后派生出的另一种磁敏传感器。采用的半导体材料于霍尔大体 相同。但这种传感器对磁场的作用机理不同,传感器内载流子运动方向与被检磁场在一平面内。(顺便提醒一点,霍尔效应于磁阻效应是并存的。在制造霍尔器件时 应努力减少磁阻效应的影响,而制造磁阻器件时努力避免霍尔效应(在计算公式中,互为非线性项)。在磁阻器件应用中,温度漂移的控制也是主要矛盾,在器件制 备方面,磁阻器件由于与霍尔不同,因此,早期的产品为单只磁敏电阻。由于温度漂移大,现在多制成单臂(两只磁敏电阻串联)主要是为补偿温度漂移。目前也有 全桥产品,但用法(目的)与霍尔器件略有差异。据报导磁阻器件的响应速度同霍尔1uS量级。
 
磁阻传感器由于工作机理不同于霍尔,因而供电也不同,而是采用恒压源(但也需要一定的电流)供电。当后续电路不同对供电电源的稳定性及内部噪声要求高低有所不同。
 
磁敏传感器的工作原理
 
磁敏传感器发展特点
1. 集成电路技术的应用。 将硅集成电路技术应用于磁敏传感器, 制成集成磁敏传感器。
2.InSb 薄膜技术的开发成功,使得霍尔器件产能剧增,成本大幅度下降。
3.强磁体合金薄膜得到广泛应用。各种磁阻器件出现,应用领域广泛。
4.巨磁电阻多层薄膜的研究与开发。新器件的高灵敏度,高稳定性,引起研制高密度 记录磁盘读出头的科技人员的极大关注。
5.非晶合金材料的应用。与基础器件配套应用,大大改善了磁传感器性能。
6.Ⅲ—V 族半导体异质结构材料的开发和应用。通过外延技术,形成异质结构,提高 磁敏器件的性能。
 
 
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