基于gmi效應(yīng)的弱磁傳感器研究

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1、碩士論文基于GMI效應(yīng)的弱磁傳葛器研究場力。在平衡點(diǎn)上，載流子大約沿長度方向作直線運(yùn)動，另外的電荷不再聚集在側(cè)面上。在磁場作用下，兩端電阻幾乎沒有變化。兩側(cè)面中部電極上所測霍爾差分電壓和垂直于半導(dǎo)體片的磁場成正比，其符號隨外加磁場方向的改變而改變。半導(dǎo)體磁阻傳感器常用來探測大于200G的磁場，因此一般不用其來準(zhǔn)確測量磁場?；魻栄b置目前應(yīng)用最為廣泛，但其靈敏度有待提高，噪聲水平及靜態(tài)偏移較大。因此，對霍爾器件的改進(jìn)主要集中在提高靈敏度，減小偏移和噪聲。其多被應(yīng)用于無刷電機(jī)、微型開關(guān)、接近開關(guān)、高斯計、磁性體檢測速度、轉(zhuǎn)速檢測、風(fēng)速計、流體計等方面。圖1．32所示為霍

2、爾效應(yīng)齒輪傳感器，在工業(yè)生活中應(yīng)用廣泛。圈1．32霍爾效應(yīng)齒輪傳感器3．巨磁電阻效應(yīng)器件(GMR)巨磁電阻磁場傳感器是乖』用巨磁電阻效應(yīng)的磁性納米金屬多層薄膜材料，通過半導(dǎo)體集成工藝與集成電路相兼容的一類元器件。所謂巨磁電阻(GMR)效應(yīng)，是指某些磁性或合金材料的磁電阻在一定磁場作用下急劇減小，而電阻變化率△p，P急劇增大的特性，一般增大的幅度比通常的磁性合金材料的磁電阻約高10倍。GMR效應(yīng)的應(yīng)用集中在數(shù)據(jù)讀出磁頭及存儲器、弱磁檢測和位置類傳感器方面，其頻率帶寬可高達(dá)1MHz。GMR傳感器的應(yīng)用大都采用多層膜電阻形成的惠斯通電橋電路，這種結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)的分辨率、

3、信噪比及溫度穩(wěn)定性。其主要應(yīng)用在高密度記錄磁盤磁頭、旋轉(zhuǎn)編碼器、高靈敏度開關(guān)等方面。4．磁通門磁強(qiáng)計磁通門磁強(qiáng)計或鐵磁探針磁強(qiáng)計都是應(yīng)用磁飽和法測量磁場的磁強(qiáng)計，它們是基于磁調(diào)制原理，即利用被測磁場中磁鐵材料磁心在交變磁場的飽和勵磁下其磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度的非線性關(guān)系來測量磁場的?；敬磐ㄩT包括：繞有兩個線圈的鐵心，主(激勵)線圈和輔(收集)線圈。在運(yùn)行時，主線圈中加有頻率為fo的激勵電流，其大小足以使具有磁導(dǎo)率盧的鐵心飽和。我們稱這種裝置為磁通門的原因非常明顯，當(dāng)鐵心不飽和時，因其磁導(dǎo)率∥高于外部磁場最的磁力線提供低磁阻通路，當(dāng)鐵，th,飽和時鐵心磁阻增加，磁力

4、線溢出鐵心?？赏ㄟ^二次諧波原理、脈沖定位原理或脈沖高度原理從輸出信號中提取外磁場鼠。緒論碩士論文磁通門大都用在閉環(huán)直流磁力計中，其分辨率可達(dá)O．1nT。增加傳感器頻帶會引起直流特性下降，還有可能引起穩(wěn)定性問題【101。近20多年的研究表明，使用有效的激勵和傳感器鐵心材料，可顯著提高低磁場情況下磁通門磁力計的性能，降低磁場噪聲，提高熱穩(wěn)定性。磁通門具有較高的分辨率和良好的穩(wěn)定性，但體積較大、價格較高、頻率響應(yīng)較低。所以其多被設(shè)計為磁強(qiáng)計，應(yīng)用于軍事、航天、探礦等方面。圖l33所示就是數(shù)字磁通門圖1．3．3數(shù)字磁通門磁力儀一DM系列5超導(dǎo)測磁超導(dǎo)測磁方法是20世紀(jì)60

5、年代中期利用超導(dǎo)技術(shù)發(fā)展起來的一種新型測磁方法，根據(jù)目前的儀器設(shè)計，其靈敏度高達(dá)1曠”T，測程可從零到數(shù)千高斯i能響應(yīng)零到幾MHz．甚至到1000MHz的快速磁場變化。超導(dǎo)效應(yīng)法是利用耦合超導(dǎo)體中超導(dǎo)電流與外部磁場的關(guān)系而測量恒定的或交交的磁場的一種方法。超導(dǎo)測磁方法是利用超導(dǎo)結(jié)的臨界電流隨磁場周期起伏的現(xiàn)象來測量磁場的。在超導(dǎo)結(jié)兩端加上電源，電壓表無顯示時電流表顯示的電流為超導(dǎo)電流，電壓表開始有顯示時電流表所顯示的電流為臨界電流。當(dāng)加入磁場后，臨界電流將有周期性起伏．其極大值逐漸衰減，振蕩的次數(shù)乘以磁通量子即透入超導(dǎo)結(jié)的磁通量。因為磁通與外磁場成正比，求出磁通也

6、就求出了磁場。若磁場有變化，則磁通也變化，臨界電流的振蕩次數(shù)乘以磁通量子就可反映磁場變化的大小。這樣，利用超導(dǎo)結(jié)可測定磁場的大小及其變化。超導(dǎo)量子干涉裝置(SQUID)是典型的高溫超導(dǎo)測磁儀器，是目前己知的靈敏度最高的低強(qiáng)度磁場傳感器，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大且價格昂貴多應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。6．巨磁阻抗磁場傳感器(GMI)就現(xiàn)有的研究成果而言，巨磁阻抗磁傳感器與以上的傳統(tǒng)磁傳感器相比有著靈敏度高，尺寸小，響應(yīng)速度快。功耗低等優(yōu)點(diǎn)。具體應(yīng)用領(lǐng)域包括：方向檢測、旋轉(zhuǎn)檢測、位移檢測、大電流傳感器等方面。具體在性能方面與其他幾種傳感器對比見表13i[49-52]。碩士論文基于G

7、MI效應(yīng)的弱磁傳感器研究表1．3．1幾種常見磁傳感器性能比較量程03分辨率(V／T)頻響(Hz)功耗(nlW)傳感器頭尺寸GMI10-11—10-446001M10‘1-2ramGN瓜10—12—10-2120．1M1010-100／tm．HalllO_一10-20．651M1010—100／“mSQUID10—14—10_6lO‘141M1010-100kt111Fluxgate·10—12—10-23．2、5k100010-20mm從表1．3．1可以看出巨磁阻抗磁傳感器的靈敏度高、體積小，很好的順應(yīng)了當(dāng)今科技進(jìn)步對磁傳感器發(fā)展的要求，在磁測量領(lǐng)域大有可為。1．

8、4本文所做