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干貨 | 什么是磁傳感器?最常用的磁傳感器類型及應(yīng)用

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發(fā)表于 2024-7-1 00:58:06 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
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(zhuǎn)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(xiàn)象。將不可見的磁場轉(zhuǎn)化為電信號,以及轉(zhuǎn)化為可見效應(yīng)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(yīng)效應(yīng)的傳感器,到如今涉及磁場電效應(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)電子通過導(dǎo)電物料時(shí),它們會發(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通過觀察放置于外部磁場中的鐵磁物料,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)簡單,常用于磁性開關(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)證明了洛倫茲力會產(chǎn)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(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(huán)境下使用,因此可用作電流傳感器或各種磁性開關(guān)。


3、ABLIC的磁傳感器

ABLIC 現(xiàn)在提供由硅霍爾元件和信號處理電路構(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,通過我們的技術(shù),利用我們的傳感器元件的優(yōu)勢,提出并提供磁傳感器解決方案。


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