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磁敏傳感器
來源:作者:日期:2015-01-14 16:33:36點擊:7867次

磁敏傳感器的工作原理

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。

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(yīng)制成的器件。

霍爾效應(yīng):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(yīng)更為顯著。從而形成了霍爾元件。早期的霍爾效應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)于磁阻效應(yīng)是并存的。在制造霍爾器件時應(yīng)努力減少磁阻效應(yīng)的影響,而制造磁阻器件時努力避免霍爾效應(yīng)(在計算公式中,互為非線性項)。在磁阻器件應(yīng)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(yīng)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。

四, 磁敏器件應(yīng)用的問題

磁敏器件(單元)體積問題:

在磁敏元件作為檢測磁場而設(shè)計和制造的 ,一般檢測的概念是:測量磁場中某一點的磁性。作為點的定義在幾何學中是無限小的。在磁場檢測中,由于磁場的面積、體積、縫隙大小等都是有限面積(尺寸),因此我們希望磁敏元件之面積與被測磁場面積相比也應(yīng)該是越小越準確。在磁場成像的技術(shù)中,元件體積越小,在相同的面積內(nèi)采集的像素就愈多。分辨率、清晰度越高。在表面磁場測量與多級磁體的檢測中,在磁柵尺中,必然有如此要求。從磁敏元件工作機理看,為提高靈敏度在幾何形狀處于磁場中的幾何尺寸都有相應(yīng)要求,這與“點”的要求是相矛盾的。在與國外專家技術(shù)交流中得知,1999年俄羅斯專家說他們制成了體積0 .6mm得探頭(是幾個研究所合作搞成的)。美國也有相應(yīng)的產(chǎn)品,售價約70美元一只。是否是目前最高水平,未見其它報導。