磁敏传感器有什么用 磁敏传感器的工作原理

搜牌子网 2022年7月4日 23:22

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大家好久不见,之前给大家分享了温度传感器、加速度传感器、位置传感器、压力传感器等方面的知识,大家如果错过的,可以去本文末尾,点击标题,直接跳转到相应的传感器。

今天给介绍一次磁敏传感器,磁敏传感器原理。

什么是磁敏传感器?

磁敏传感器通常是指将磁场的大小和变化转换为电信号的传感器。

以地球磁场(地磁)或磁铁为例的磁场,就是一个典型例子。将不可见磁场转换为电信号和可见效应的磁传感器是长期以来研究的主题。

磁敏传感器始于几十年前使用电磁感应效应的传感器,之后慢慢扩展到电流磁效应、磁阻效应、约瑟夫森效应和其他物理现象的应用。

角度传感器有什么用 角度传感器的工作原理

地球磁场图(图片来源于网络)

磁敏传感器原理

1、霍尔元件--磁敏传感器

霍尔元件磁敏传感器是一种利用霍尔效应的器件。“霍尔”来源于霍尔博士发现霍尔效应的名字。

霍尔元件磁敏传感器原理是基于在电流流过的物体上施加垂直于电流的磁场时,电动势出现在与电流和磁场都正交的方向上的现象。

当向薄膜半导体施加电流时,霍尔效应会输出与磁通密度及其方向相对应的电压。霍尔效应用于检测磁场(如下图所示)。

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霍尔元件磁敏传感器原理图

即使在磁通密度不变的静态磁场的情况下,霍尔元件也可以检测到磁场。因此,霍尔元件用于各种应用,例如与磁铁组合使用的非接触式开关、角度传感器和电流传感器。使用霍尔元件的地磁传感器广泛用于智能手机和其他应用。

2、线圈-磁敏传感器

线圈磁敏传感器是最简单的磁传感器,可以检测磁通密度的变化。如下图所示。

线圈磁敏传感器原理:当磁铁靠近线圈时,线圈中的磁通密度增加了 ΔB。然后,在线圈中产生产生沿阻碍磁通密度增加的方向的磁通的感应电动势/感应电流。反之,将磁铁移离线圈会降低线圈中的磁通密度,因此在线圈中会产生感应电动势和感应电流,从而增加磁通密度。

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此外,由于磁铁不移动时磁通密度没有变化,不会产生感应电动势或感应电流。通过测量该感应电动势的方向和大小,可以检测磁通密度的变化。

由于结构简单,线圈不易损坏。然而,输出电压取决于磁通量的变化率。可能无法使用线圈来检测固定磁体或变化非常缓慢的磁通量。

3、簧片开关-磁敏传感器

簧片开关是一种磁敏传感器,其中从左右两侧延伸的金属片(簧片)被封装在玻璃管中,在簧片的重叠位置留有间隙。(如下图所示)

簧片开关-磁敏传感器原理:当外部施加磁场时,这些簧片会被磁化。当簧片被磁化时,重叠部分相互吸引并接触,然后开关打开。

图 2 干簧管原理图

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簧片开关磁敏传感器原理图

4、磁阻元件(MR)--磁敏传感器

磁阻元件(MR)传感器元件是利用磁阻效应(MR效应)的磁传感器元件。有许多使用不同工作原理的 MR 传感器类型。

MR效应是一种电阻随磁场变化而变化的现象,这是一种发生在磁性材料(例如铁、镍或钴)中的效应。

MR 效应需要了解电子自旋以及洛伦兹力如何使用电子电荷起作用。

磁阻元件(MR)传感器原理:当电子穿过铁磁材料(具有一定磁性的材料)并且电子的自旋发生波动时,磁化材料中(电子)的散射概率会上升和下降。这就是导致 MR 效应的原因。

4.1 半导体磁阻元件(SMR)--磁敏传感器

半导体磁阻元件(SMR)是利用洛伦兹力引起的电阻值变化的传感器。下图显示了N 型半导体磁阻元件(SMR)的电阻值如何变化。

半导体磁阻元件(SMR)磁敏传感器原理:在 SMR 结构中,金属电极放置在半导体薄膜上,如下图所示的顺时针电流流过半导体薄膜时,作为N型半导体的载流子的电子逆时针流动,并且假设矢量的速度为“v”。当施加如图所示方向的磁场 B 时,电子受到洛伦兹力,路径随着弯曲而变长。

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半导体磁阻元件原理图

使用 半导体磁阻元件(SMR)的传感器用于检测齿轮的旋转。

4.2 各向异性磁阻元件 (AMR)-磁敏传感器

各向异性磁阻 (AMR) 传感器由各向异性磁条线组成,其等效电阻取决于磁化方向和导电方向的角度。与其他 MR 传感器相比,AMR 传感器具有相对较低的磁阻 (MR) 比,在工业、商业和空间应用中用作运动或角度传感器以及地球磁场传感器。

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各向异性磁阻元件 (AMR)-磁敏传感器原理图

4.3 巨磁阻元件 (GMR)-磁敏传感器

巨磁阻 (GMR) 传感器由界面导电层隔开的薄磁性层夹层组成。该设备有两种电阻状态。

巨磁阻 (GMR) 传感器原理:当两个磁性层具有平行的磁性取向时,巨磁阻 (GMR) 传感器具有低电阻状态,而当两层具有相反取向时,巨磁阻 (GMR) 传感器具有高电阻状态。巨磁阻(GMR) 传感器是具有良好温度稳定性的精确磁场传感器。它们已广泛用于硬盘驱动器 (HDD) 行业以及工业应用中。

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4.3 巨磁阻元件 (GMR)-磁敏传感器原理图

4.4 隧道磁阻元件 (TMR)-磁敏传感器

隧道磁阻 (TMR) 由隧道势垒隔开的铁磁材料堆叠组成。隧道磁阻 (TMR) 的电阻取决于两个铁磁层之间的相对角度。

与其他系列的磁场传感器相比,隧道磁阻 (TMR)传感器具有更好的信噪比和得分,具有前所未有的精度和极低的功耗。隧道磁阻 (TMR)传感器在温度和传感器寿命期间提供可靠和稳定的性能。因此,隧道磁阻 (TMR) 传感器在要求非常苛刻的应用中是首选。

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