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標題: 干貨 | 什么是磁傳感器？最常用的磁傳感器類型及應用 [打印本頁]

作者: 芻狗 時間: 2024-7-1 00:58
標題: 干貨 | 什么是磁傳感器？最常用的磁傳感器類型及應用

1、什么是磁傳感器？

磁傳感器通常是指將磁場的大小和變化轉換成電信號。

磁場，以地球磁場(地磁)或磁石為例的磁場是我們熟悉但不可見的現象。將不可見的磁場轉化為電信號，以及轉化為可見效應的磁傳感器一直以來都是研究的主題。

從幾十年前使用電磁感應效應的傳感器，到如今涉及磁場電效應、磁阻效應、約瑟夫森效應和其他物理現象的應用。

2、典型磁傳感器及其應用

現在，利用各種物理效應的傳感器已經商業化。以下，我們將重點介紹最常用的磁傳感器類型及其應用。

【MR 傳感器元件】

MR傳感器元件是利用磁阻效應(MR效應)的磁傳感器元件。有許多使用不同工作原理的 MR 傳感器類型。

MR效應是電阻隨磁場變化而變化的現象。這種效應發生在磁性物料(例如鐵、鎳或鈷)中。

在理解MR 效應之前需要先了解電子自旋，以及洛倫茲力如何利用電子電荷起作用。

當電子在鐵磁物料(具有一定磁性的物料)中運動時，電子的自旋發生波動，(電子)在磁性物料中的散射概率就會上升或下降。這就是導致 MR 效應的原因。

電子有兩個重要參數：電荷和自旋。它們具有相同的負電荷，但電子自旋有兩種：向上自旋和向下自旋。1922年通過實驗驗證了電子自旋，并確認了電子具有電子角動量和磁矩特征。

當電子通過導電物料時，它們會發生散射(電子散射)。電子散射是物料中的靜電導致電子偏離其正常軌跡的現象。

洛倫茲力是一種當導電物料中的移動帶電粒子(電子)暴露于磁場時所起作用的力。它影響所有帶電粒子并且不依賴于電子自旋。

【AMR 傳感器元件】

1856年，William Thomson通過觀察放置于外部磁場中的鐵磁物料，發現了各向異性磁阻效應(AMR效應)。

當鐵磁物料中的磁化方向與電流平行時，電子軌道就會垂直于電流，從而產生最大電阻。這增加了依賴于自旋的散射，導致電阻上升。

當磁化方向垂直于電流時，電子軌道就會與電流平行，減少了依賴于自旋的散射，并產生最小電阻。

由磁場狀態引起的電阻變化率稱為磁阻比率(MR比率)。AMR 傳感器元件的 MR 比率約為 5%。AMR傳感器元件由于結構簡單，常用于磁性開關和旋轉傳感器。

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【TMR 傳感器元件】

常溫下的隧道磁阻效應(TMR 效應)是日本東北大學Terunobu Miyazaki教授于 1995 年發現的。TMR 傳感器元件是利用 TMR 效應的磁傳感器元件，是由極薄的納米級非磁性絕緣層夾在兩個鐵磁層中間構成。電子隧道通過絕緣層從一個鐵磁層穿到另一個鐵磁層。這是一種量子力學現象。

當兩種鐵磁物料的磁化方向平行時電阻減小，不平行時電阻增大。

TMR 交界處的 MR 比率(電阻隨磁場狀態的變化率)在生產中可達到 100% 以上。在實驗室條件下，已達到 1,000% 以上的水平。

由于具有高靈敏度，TMR 傳感器元件非常適合用于硬盤磁頭或高靈敏度旋轉角度傳感器。

【霍爾元件】

霍爾元件是霍爾效應的一種應用。Edwin H. Hall于1879年發現的霍爾效應證明了洛倫茲力會產生與電流和磁場方向成直角的電壓。該電壓稱為霍爾電壓，根據Fleming左手法則，電壓的方向隨磁通量的方向而變化。電壓的大小和方向(正、負)使得檢測磁場(N極、S極)的大小和方向成為可能。

霍爾元件的磁靈敏度不如磁阻傳感器元件。但作為不依賴于磁性物料的磁傳感器，可以在鐵磁場或惡劣環境下使用，因此可用作電流傳感器或各種磁性開關。

3、ABLIC的磁傳感器

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