解读磁传感器技术

出于多种原因,磁场传感器是位置传感器的流行选择。它们是非接触式传感器,这意味着没有零件磨损。

  出于多种原因,磁场传感器是位置传感器的流行选择。它们是非接触式传感器,这意味着没有零件磨损。

  了解磁传感器技术,我们从常见的霍尔元件开始。

  霍尔元素

  霍尔元件是使用霍尔效应的设备。“霍尔”源自霍尔博士的名字,用于发现霍尔效应。基于这样的现象,即,当将垂直于电流的磁场施加于流过的物体时,电动势会在与电流和磁场正交的方向上出现。

  当将电流施加到薄膜半导体时,通过霍尔效应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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  霍尔元件原理图

  霍尔元件即使在静磁场的情况下也可以检测到磁场,而磁通密度没有变化。因此,霍尔元件用于各种应用中,例如与磁体,角度传感器和电流传感器结合使用的非接触式开关。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中。

  磁阻元件

  一种使用材料检测磁场的元件,该元件在施加磁力时电阻会发生变化,称为磁阻(MR)元件。

  除了半导体磁阻元件(SMR),还有三种传感器作为使用铁磁薄膜材料的磁阻元件的代表性示例,例如各向异性磁阻元件(AMR),巨磁阻元件(GMR)和隧道磁阻元素(TMR)。

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  由TDK提供的AMR,GRM和TMR元素的结构

  金属中的各向异性磁阻 效应描述了材料的电阻如何与电流和磁场之间的方向相关联-当电流和磁场彼此成直角时达到最小值。

  所述巨磁电阻效应是在由非磁性导体分开的两个铁磁层之间的电阻大的变化。当两层中的磁场平行时,电阻减小,而当磁场反平行时,电阻增大。

  这两种方法的问题在于电阻的变化相对较小,并且需要惠斯通电桥和信号放大器进行检测。传感器和惠斯通电桥中的热噪声被放大并降低了设备的整体灵敏度。在传感器的整个工作范围内,温度变化也会对传感器产生重大影响。

  考虑到这一点,一些传感器开发人员已集中精力通过利用第三种现象(隧道磁阻)来降低噪声。

  隧道磁阻元件(TMR)的工作原理:在铁磁材料(固定层),绝缘体和铁磁材料(自由层)的叠层膜的情况下,由于隧穿效应,通过绝缘体的电子比例会发生变化,并且电阻值会根据方向的不同而变化被钉扎层和自由层的磁化强度是反平行的(a)或平行的(b)。

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  TMR原理

  TMR传感器广泛应用于汽车中,包括加速踏板传感器,转向角传感器、BLDC电机的磁性编码器、发动机速度(曲轴)传感器、发动机相位(凸轮轴)传感器、变速箱速度传感器、电子油门传感器、轮速传感器等。

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