磁敏傳感器的工作原理

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磁敏傳感器的工作原理

發表於 2019-10-08 09:11:32

　　磁敏傳感器工作原理

　　磁敏傳感器，顧名思義就是感知磁性物體的存在或者磁性強度（在有效範圍內）這些磁性材料除永磁體外，還包括順磁材料（鐵、鈷、 鎳及其它們的合金）當然也可包括感知通電（直、交）線包或導線周圍的磁場。

　　一， 傳統的磁檢測中首先被採用的是電感線圈為敏感元件。特點正是無須在線圈中通電，一般僅對運動中的永磁體或電流載體起敏感作用。後來發展為用線圈組成振蕩槽路的。 如探雷器， 金屬異物探測器，測磁通的磁通計等。 （磁通門，振動樣品磁強計）。

　　二， 霍爾傳感器

　　霍爾傳感器是依據霍爾效應製成的器件。

　　霍爾效應：通電的載體在受到垂直於載體平面的外磁場作用時，則載流子受到洛倫茲力的作用， 並有向兩邊聚集的傾向，由於自由電子的聚集（一邊多一邊必然少）從而形成電勢差， 在經過特殊工藝製備的半導體材料這種效應更為顯著。從而形成了霍爾元件。早期的霍爾效應的材料Insb（銻化銦）。為增強對磁場的敏感度，在材料方面半導 體IIIV 元素族都有所應用。近年來，除Insb之外，有矽襯底的，也有砷化鎵的。霍爾器件由於其工作機理的原因都製成全橋路器件，其內阻大約都在 150Ω~500Ω之間。對線性傳感器工作電流大約在2~10mA左右，一般採用恆流供電法。

　　Insb與矽襯底霍爾器件典型工作電流為10mA。而砷化鎵典型工作電流為2 mA。作為低弱磁場測量，我們希望傳感器自身所需的工作電流越低越好。（因為電源周圍即有磁場，就不同程度引進誤差。另外，目前的傳感器對溫度很敏感，通 的電流大了，有一個自身加熱問題。（溫升）就造成傳感器的零漂。這些方面除外附補償電路外，在材料方面也在不斷的進行改進。

　　霍爾傳感器主要有兩大類，一類為開關型器件，一類為線性霍爾器件，從結構形式（品種）及用量、產量前者大於後者。霍爾器件的響應速度大約在1us 量級。

　　三，磁阻傳感器

　　磁阻傳感器，磁敏二極體等是繼霍爾傳感器後派生出的另一種磁敏傳感器。採用的半導體材料於霍爾大體 相同。但這種傳感器對磁場的作用機理不同，傳感器內載流子運動方向與被檢磁場在一平面內。（順便提醒一點，霍爾效應於磁阻效應是並存的。在製造霍爾器件時 應努力減少磁阻效應的影響，而製造磁阻器件時努力避免霍爾效應（在計算公式中，互為非線性項）。在磁阻器件應用中，溫度漂移的控制也是主要矛盾，在器件制 備方面，磁阻器件由於與霍爾不同，因此，早期的產品為單只磁敏電阻。由於溫度漂移大，現在多製成單臂（兩隻磁敏電阻串聯）主要是為補償溫度漂移。目前也有 全橋產品，但用法（目的）與霍爾器件略有差異。據報導磁阻器件的響應速度同霍爾1uS量級。

　　磁阻傳感器由於工作機理不同於霍爾，因而供電也不同，而是採用恆壓源（但也需要一定的電流）供電。當後續電路不同對供電電源的穩定性及內部噪聲要求高低有所不同。

　　磁敏傳感器發展特點

　　1. 集成電路技術的應用。 將矽集成電路技術應用於磁敏傳感器， 製成集成磁敏傳感器。

　　2.InSb 薄膜技術的開發成功，使得霍爾器件產能劇增，成本大幅度下降。

　　3.強磁體合金薄膜得到廣泛應用。各種磁阻器件出現，應用領域廣泛。

　　4.巨磁電阻多層薄膜的研究與開發。新器件的高靈敏度，高穩定性，引起研製高密度 記錄磁碟讀出頭的科技人員的極大關注。

　　5.非晶合金材料的應用。與基礎器件配套應用，大大改善了磁傳感器性能。

　　6.Ⅲ—V 族半導體異質結構材料的開發和應用。通過外延技術，形成異質結構，提高 磁敏器件的性能.

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