干貨 | 什么是磁傳感器？最常用的磁傳感器類型及應(yīng)用

芻狗

1、什么是磁傳感器？

磁傳感器通常是指將磁場(chǎng)的大小和變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

磁場(chǎng)，以地球磁場(chǎng)(地磁)或磁石為例的磁場(chǎng)是我們熟悉但不可見(jiàn)的現(xiàn)象。將不可見(jiàn)的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，以及轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)效應(yīng)的磁傳感器一直以來(lái)都是研究的主題。

從幾十年前使用電磁感應(yīng)效應(yīng)的傳感器，到如今涉及磁場(chǎng)電效應(yīng)、磁阻效應(yīng)、約瑟夫森效應(yīng)和其他物理現(xiàn)象的應(yīng)用。

2、典型磁傳感器及其應(yīng)用

現(xiàn)在，利用各種物理效應(yīng)的傳感器已經(jīng)商業(yè)化。以下，我們將重點(diǎn)介紹最常用的磁傳感器類型及其應(yīng)用。

【MR 傳感器元件】

MR傳感器元件是利用磁阻效應(yīng)(MR效應(yīng))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(yīng)是電阻隨磁場(chǎng)變化而變化的現(xiàn)象。這種效應(yīng)發(fā)生在磁性物料(例如鐵、鎳或鈷)中。

在理解MR 效應(yīng)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(dāng)電子在鐵磁物料(具有一定磁性的物料)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，電子的自旋發(fā)生波動(dòng)，(電子)在磁性物料中的散射概率就會(huì)上升或下降。這就是導(dǎo)致 MR 效應(yīng)的原因。

電子有兩個(gè)重要參數(shù)：電荷和自旋。它們具有相同的負(fù)電荷，但電子自旋有兩種：向上自旋和向下自旋。1922年通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電子自旋，并確認(rèn)了電子具有電子角動(dòng)量和磁矩特征。

當(dāng)電子通過(guò)導(dǎo)電物料時(shí)，它們會(huì)發(fā)生散射(電子散射)。電子散射是物料中的靜電導(dǎo)致電子偏離其正常軌跡的現(xiàn)象。

洛倫茲力是一種當(dāng)導(dǎo)電物料中的移動(dòng)帶電粒子(電子)暴露于磁場(chǎng)時(shí)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(guò)觀察放置于外部磁場(chǎng)中的鐵磁物料，發(fā)現(xiàn)了各向異性磁阻效應(yīng)(AMR效應(yīng))。

當(dāng)鐵磁物料中的磁化方向與電流平行時(shí)，電子軌道就會(huì)垂直于電流，從而產(chǎn)生最大電阻。這增加了依賴于自旋的散射，導(dǎo)致電阻上升。

當(dāng)磁化方向垂直于電流時(shí)，電子軌道就會(huì)與電流平行，減少了依賴于自旋的散射，并產(chǎn)生最小電阻。

由磁場(chǎng)狀態(tài)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常用于磁性開(kāi)關(guān)和旋轉(zhuǎn)傳感器。

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【TMR 傳感器元件】

常溫下的隧道磁阻效應(yīng)(TMR 效應(yīng))是日本東北大學(xué)Terunobu Miyazaki教授于 1995 年發(fā)現(xiàn)的。TMR 傳感器元件是利用 TMR 效應(yīng)的磁傳感器元件，是由極薄的納米級(jí)非磁性絕緣層夾在兩個(gè)鐵磁層中間構(gòu)成。電子隧道通過(guò)絕緣層從一個(gè)鐵磁層穿到另一個(gè)鐵磁層。這是一種量子力學(xué)現(xiàn)象。

當(dāng)兩種鐵磁物料的磁化方向平行時(shí)電阻減小，不平行時(shí)電阻增大。

TMR 交界處的 MR 比率(電阻隨磁場(chǎng)狀態(tài)的變化率)在生產(chǎn)中可達(dá)到 100% 以上。在實(shí)驗(yàn)室條件下，已達(dá)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(zhuǎn)角度傳感器。

【霍爾元件】

霍爾元件是霍爾效應(yīng)的一種應(yīng)用。Edwin H. Hall于1879年發(fā)現(xiàn)的霍爾效應(yīng)證明了洛倫茲力會(huì)產(chǎn)生與電流和磁場(chǎng)方向成直角的電壓。該電壓稱為霍爾電壓，根據(jù)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(fù))使得檢測(cè)磁場(chǎng)(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(chǎng)或惡劣環(huán)境下使用，因此可用作電流傳感器或各種磁性開(kāi)關(guān)。

3、ABLIC的磁傳感器

ABLIC 現(xiàn)在提供由硅霍爾元件和信號(hào)處理電路構(gòu)成的霍爾效應(yīng)傳感器和 TMR 傳感器IC，同樣地融合了信號(hào)處理電路。

我們能提供適合您的應(yīng)用和環(huán)境需求的理想產(chǎn)品。

ABLIC致力于打造一個(gè)安全宜居的社會(huì)，通過(guò)我們的技術(shù)，利用我們的傳感器元件的優(yōu)勢(shì)，提出并提供磁傳感器解決方案。