各向异性磁阻传感器的应用.ppt

各向异性磁阻传感器的应用——从设想到实践 指导教师：刘进老师 合作者： 物理系：刘奇 电子系：虞南方 裴轶 各向异性磁阻传感器(AMR) 原理： *Anisotropic Magnetoresistive Effect——各向异性磁阻效应 *Unlike the Hall effect,AMR is fundamentally a quantum-mechanical effect. *spin-orbit interactions between the electron trajectory (orbit) and the magnetization (spin). 传感器原理 各向异性磁阻传感器是将铁镍合金薄膜沉积在硅基底上构成的，沉积的时候薄膜以条带的形式排布，形成一个平面的线阵以增加磁阻的感知磁场的面积。 传感器原理 当外部磁场加到这样的铁磁性薄膜上的时候，磁畴旋转，改变空间取向，这样使得薄膜条带构成的线阵的表观电阻发生改变。具体的说，电桥的相对的两个臂上的电阻增大，而另外两只相对的臂上的电阻减小，就反应在电桥电压输出的改变上。 各向异性磁阻传感器HMC1002 实验中采用HoneyWell公司的HMC1002 特性： *响应时间短（可以测高频交变磁场） *测量精度高 （达10^(-8)T) *有两个敏感轴，可确定平面内大小方向 芯片体积小，定位较准确 芯片管脚排布 电压与磁场关系曲线 芯片内的惠斯通电桥 Offset管脚 通过在Offset管脚上加置合适的电压可以使得： l??????? 把某个特定方向的不需要的磁场扣减掉（“屏蔽”）； l??????? 修正由于工艺本身造成的电桥的不平衡； l??????? 通过电桥输出的电压信号的反馈可以由offset功能完全抵消外部磁场对传感器的作用，可以方便的实现“回零”的操作，这在用这个传感器搭建一些更复杂的测量系统的时候会非常有用； set/reset功能管脚 的作用 l??????? 使磁阻传感器始终工作在高灵敏度的状态； l??????? 改变输出电压信号的极性； set/reset功能 很多小磁场传感器的性能在较大的外加磁场下(4－20gauss)都会使得输出信号的质量严重下降。为了消除这种效应，避免瞬时性的大磁场对传感器的不良冲击性影响，honeywell磁阻传感器芯片内置了set/reset功能。 它的作用具体如下： 当磁阻传感器受到外加大磁场干扰后，构成它的铁磁性薄膜材料的磁畴就会呈现随机取向的状态，这会使得它的灵敏度受到影响。 作用原理 芯片内部实现set/reset功能的部件实际上是一组铁磁性电阻，当一个冲击性电流通过这个铁磁性电阻的时候，会产生沿着传感器灵敏方向的“内部”磁场，如果冲击电流足够大，这个大的“内部”磁场可以使得传感器的磁畴全部沿着敏感方向有序排布，这就使得它回复到一个最初始的状态，在这个状态下感知磁场可以有最灵敏和最准确的输出信号。 从物理上说，磁畴是具有记忆性的：当先后将两个磁场A,B加到一组磁畴上后,磁畴的排布效果与仅将B磁场加到它上面磁畴的排布效果不同，即磁畴的排布与它感知的磁场“历史”有关，而不仅仅取决于当前的磁场。 所以可以想像，时时对传感器进行复位操作（set/reset）可以使得磁畴总是从一个最初始的状态去感知外部磁场，这在测量不断变化的磁场的时候可以使得测得数据很准确的反应变化的磁场。 下面是进行了置位/复位操作后磁畴排布的示意图: 何时使用set/reset 当然，如果所测磁场是静磁场，或者变化不大，复位功能(set/reset)也不是一定时时需要的，当发现传感器的灵敏度有下降的情况时进行一次复位操作可以在一般使用情况下达到满意的效果。 典型的应用电路： 置位/复位电路具体实现难度 窄脉冲 重负载 使用电容时还要考虑其电阻特性 资料提供电路图有误 解决方案 将产生脉冲电路与输出带负载部分电路分开考虑 用门电路的延时效应，电容、电阻网络的微分性，制成窄脉冲发生器 用集电极开路非门7406多个门并联驱动负载，以减小输出阻抗，增大带负载能力。 窄脉冲发生器和输出带负载部分 输出波形 关于磁阻传感器应用的讨论： 1. 现有磁传感器的应用： 感应开关、速度计、角速度计、探矿等 2. AMR的长处： 敏感度高，精确，响应时间短 3. 可能的应用： 联想CT原理，磁CT? 工作原理 由场求源－－给定场在某个区域内的分布，求出源的分布。 1。可能性： 是否给定场的某一分布，所对应的源是唯一决定的？ 2。可行性： 给定场的分布，有没有办法将源分布计算 出来？ 3。可操作性： 在现有的条