磁性傳感器及其應(yīng)用

《磁性傳感器及其應(yīng)用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、磁性傳感器及其應(yīng)用0前言磁場傳感器是可以將各種磁場及其變化的量轉(zhuǎn)變成電信號輸出的裝置。自然界和人類社會生活的許多地方都存在磁場或與磁場相關(guān)的信息。利用人工設(shè)置的永久磁體產(chǎn)生的磁場，可作為許多種信息的載體。因此，探測、采集、存儲、轉(zhuǎn)換、復(fù)現(xiàn)和監(jiān)控各種磁場和磁場中承載的各種信息的任務(wù)，自然就落在磁場傳感器身上。在當今的信息社會中，磁場傳感器已成為信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)中不可缺少的基礎(chǔ)元件。目前，人們已研制出利用各種物理、化學(xué)和生物效應(yīng)的磁傳感器，并已在科研、生產(chǎn)和社會生活的各個方面得到廣泛應(yīng)用，承擔起探究種種信息的任務(wù)。早

2、先的磁傳感器，是伴隨測磁儀器的進步而逐步發(fā)展的。在眾多的測磁方法中，大都將磁場信息變成電訊號進行測量。在測磁儀器中“探頭”或“取樣裝置”就是磁傳感器。隨著信息產(chǎn)業(yè)、工業(yè)自動化、交通運輸、電力電子技術(shù)、辦公自動化、家用電器、醫(yī)療儀器等等的飛速發(fā)展和電子計算機應(yīng)用的普及，需用大量的傳感器將需進行測量和控制的非電參量，轉(zhuǎn)換成可與計算機兼容的訊號，作為它們的輸入訊號，這就給磁傳感器的快速發(fā)展提供了機會，形成了相當可觀的磁傳感器產(chǎn)業(yè)。1發(fā)展簡況自從磁傳感器作為一種獨立產(chǎn)品進入應(yīng)用以來，迄今，從T的人體弱磁場到高達25T以上的

3、強磁場，都可以找到相應(yīng)的傳感器進行檢測。磁傳感器的發(fā)展，在本世紀70—80年代形成高潮。90年代是已發(fā)展起來的這些磁傳感器的成熟和完善的時期。目前已形成磁傳感器的主要類型。(1)集成電路技術(shù)的應(yīng)用。將硅集成電路技術(shù)用于磁傳感器，開始于1967年。H。neLWell公司Micr。switch分部的科技人員將Si霍爾片和它的訊號處理電路集成到一個單片上，制成了開關(guān)電路、首開單片集成磁傳感器之先河。目前，已經(jīng)出現(xiàn)廠磁敏電阻電路、巨磁阻電路等許多種功能性的集成磁傳感器。(2)InSb薄膜技術(shù)的開發(fā)成功，使InSb霍爾幾件產(chǎn)

4、量大增，成本大幅度下降。最先運用這種技術(shù)獲得成功的日本旭化成電子公司，如今可年產(chǎn)5億只以上。(3)強磁性合金薄膜。1975年面市的強磁合金薄膜磁敏電阻器利用的是強磁合金薄膜中的磁敏電阻各向異性效應(yīng)。在與薄膜表面平行的磁場作用下、以坡莫合金為代表的強磁性合金薄膜的電阻宰吳現(xiàn)出2％一5％的變化。利用這種效應(yīng)已制成三端、四端磁阻器件。四端磁阻橋已大量用于磁編碼器中，用來檢測和控制電機的轉(zhuǎn)速。此外，還作成了磁阻碰強計、磁阻讀頭以及二維、三維磁阻器件等。它們可檢測弱磁場，靈敏度高、溫度穩(wěn)定性好，將成為磁場傳感和檢測的重要器件

5、。(4)巨磁電阻多層膜。由不同金屬、不同層數(shù)和層間材料的不問組合，可以制成不同的機制的巨磁電阻磁傳感器。它呈現(xiàn)出的隨磁場而變化的電阻率，比單層的各向異性磁敏電阻器的要高出幾倍、正受到研制高密度記錄磁盤讀出頭的科技人員的極大關(guān)注。目前已見有5C字節(jié)的白族悶頭的設(shè)計分析的報導(dǎo)(5)各種不同成分和比例的非晶合金材料的采用，及其各種處理工藝的引入，給磁傳感器的研制注入新的活力，已研制和生產(chǎn)出了雙芯多諧振蕩橋磁傳感器、非晶力矩傳感器、壓力傳感器、熱磁傳感器、非晶大巴克豪森效應(yīng)磁傳感器等。最近發(fā)現(xiàn)的巨磁感應(yīng)效應(yīng)(giantma

6、gneto6nguctiveetlect)和巨磁阻抗效應(yīng)(giantmagneto—impedanceeffect)，比巨磁電阻的響應(yīng)靈敏度高一個量級，可能做成磁頭、成為高密度磁盤讀頭的有力競爭者。利用非晶合金的高導(dǎo)磁率特性和做成細絲的機械特性，將它們用于磁通門和威根德等器件中，取代坡莫臺金芯，使器件性能得到大大的改善。(6)III—V族半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。例如，在InP襯底上用分子束外延技術(shù)，形成假晶結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生二維電子氣層，其層厚是分子級的，這種材料的能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生改變；用這種材料來制作霍爾元件、其靈敏度高于市售的

7、In軌和GaAs元件，在296K時為22．5V／T，靈敏區(qū)的溫度系數(shù)也有大的改善，用恒定電流驅(qū)動時，為—0．0084％K.用這種材料，除可制造霍爾器件外，還可用以制造磁敏場效應(yīng)管、磁敏電阻器等。在國外，由于磁傳感器已逐漸被廣泛而大量地使用，有許多企業(yè)競相研制和生產(chǎn)，形成一定規(guī)模的磁傳感器產(chǎn)業(yè)?；魻柶骷前雽?dǎo)體磁傳感器中最成熟和產(chǎn)量最大的產(chǎn)品。旭化成(InSb霍爾元件)、Honeywell、A11egro(原稱Sprague)、ITT、Semens(霍爾電路)等均已大量生產(chǎn)。Philips、Honeywell、Son

8、y、IBM等已大量生產(chǎn)了金屆膜磁敏電阻器及集成電路。TDK、Sony、Matsusbita、Tosbiba等巳批量生產(chǎn)非晶磁頭等非晶金屬磁傳感器。還有LEM、Honeywell、F.W．Bell、NaNa等公司生產(chǎn)廠各種用途和量程的電流、電壓傳感器和其它類型的磁傳感器組件，這些磁傳感器都巳得到廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)，除南京中旭微電子公司可大量生產(chǎn)霍爾集成電路、營口