磁阻式传感器原理 磁阻效应传感器工作原理
磁阻效应传感器工作原理
磁阻效应传感器概述
磁阻效应传感器是根据磁性材料的磁阻效应制成的。磁性材料（如坡莫合金）具有各向异性，对它进行磁化时，其磁化方向将取决于材料的易磁化轴、材料的形状和磁化磁场的方向。当给带状坡莫合金材料通电流I时，材料的电阻取决于电流的方向与磁化方向的夹角。如果给材料施加一个磁场B（被测磁场），就会使原来的磁化方向转动。如果磁化方向转向垂直于电流的方向，则材料的电阻将减小；如果磁化方向转向平行于电流的方向，则材料的电阻将增大。磁阻效应传感器一般有四个这样的电阻组成，并将它们接成电桥。在被测磁场B作用下，电桥中位于相对位置的两个电阻阻值增大，另外两个电阻的阻值减小。在其线性范围内，电桥的输出电压与被测磁场成正比。
磁阻传感器已经能制作在硅片上，并形成产品。其灵敏度和线性度已经能满足磁罗盘的要求，各方面的性能明显优于霍尔器件。迟滞误差和零点温度漂移还可采用对传感器进行交替正向磁化和反向磁化的方法加以消除。由于磁阻传感器的这些优越性能，使它在某些应用场合能够与磁通门竞争。
FNN-3300就是用的磁阻传感器，在市场上占据很重要的地位，所以证明在电子罗盘中磁阻式的是优于霍尔效应及磁通门的。
磁阻效应传感器工作原理
磁阻元件类似霍尔元件，但它的工作原理是利用半导体材料的磁阻效应（或称高斯效应）。与霍尔效应的区别如下；即霍尔电势是指垂直于电流方向的横向电压，而磁阻效应则是沿电流方向的电阻变化。
表示一种测量位移的磁阻效应传感器。将磁阻元件置于磁场中，当它相对于磁场发生位移时，元件内阻R1、R2发生变化，如果将它们接于电桥，则其输出电压比例于电阻的变化。
产生磁阻效应的原理：
磁阻效应与材料性质及几何形状有关，一般迁移率大的材料，磁阻效应愈显著；元件的长、宽比愈小，磁阻效应愈大。
磁阻元件可用于位移、力、加速度等参数的测量。
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磁阻传感器及其制造方法
磁阻传感器是利用磁流体（或其他可被磁化的粒子）与被磁化粒子之间建立的接触力来测量各种电介质特性的传感器。由于每个电介质都是具有磁性的，因此磁阻传感器可以对磁场进行准确地测量。磁阻传感器具有灵敏度高、动态范围大、易调速和抗干扰能力强等优点。但是，因为测量时会受到外界的影响并且不能准确地记录磁场变化导致的偏差，因此需要高精度的检测方法（特别是多电极法）来弥补这种不足。这就要求传感器在较高温度下（低于-40℃）也能够工作，同时还要求传感器具有足够强的耐久性，以承受更长时期和较大功率电流。为了满足这种要求，在温度为150° C以上才能使用这种装置。另外，为了降低尺寸，将磁磁阻传感器安装在小型天线上也是一种有效措施。
1.高精度磁阻传感器的标准原理
磁阻传感器采用的标准原理是：当被测量物存在磁场时，它们会相互吸附和电化，并且彼此间相互排斥。因此，磁化粒子的总运动速度为：通过计算(1)式(2)中 k i、 Q i和 C i可以得出被测量物的质量(a= h d 1)。由上述公式可知，磁化粒子对磁场的敏感程度是随着其直径和磁感应强度之比而变化的。当磁铁被完全吸收时所需的最大总电流为：因此，要测量一个磁感应强度为5 W· m/s的物体时，只需要使用0.03Ω电阻值就可以了。
2.磁流体制备方法
对于大多数样品，只需用某种特定材料和工艺就可以将所有磁性物质都制备成磁流体。磁阻传感器的磁流体制备主要有三种方法:(1)超声法：超声产生的磁场穿过磁性粒子进入磁体内部，同时会破坏磁性粒子内部的结构。当粒子处于磁性粒子内部时，超声方法得到的磁场对材料有很好的磁传导作用。由于超声法具有高选择性、高表面能等优点，因此超声法具有制备磁性颗粒的极大潜力。(2)电化学超声法：通过改变化学成分来制备磁性物质也有其一定优势。由于磁性物质非常容易获得且极易被加工成各种各样具有磁性特征的部件，因此可以对其进行电化学处理以制备具有良好磁性（如磁性金属等）的磁性材料（如图1所示),因此可直接用于磁性材料中以改善磁性传感器性能。
3.分体式磁阻传感器构造
这种装置的构造为：其中, R和 B分别为被磁流体和磁化粒子。R和 B与磁源的中心分别与磁阻传感器的输入端相连。根据传感器的工作方式，磁流体可分为单级和多级。为了减少负载电流，要求两级不连接或者用多级连接。为了确保电流不超过工作电流而设定的最大电流值范围为20 mA。多阶段测量模式采用一种特殊的方法来获得最佳曲线。这种方法使用电阻变换器和微处理器来实现多个电压阶段之间转换。这种方法采用在电容器中使用直流电源供电的方法来获得最佳曲线，但是这种方法还存在一些缺点。
4.磁场调制原理
磁阻法是指通过改变微电子机械装置产生的磁场来调节磁流体的磁性的方法。这种方法通过在微电子机械装置上设置一定大小的线圈来实现，其原理是根据微电子机械装置的工作原理建立数学模型。在这一模型下，微电子机械装置产生的磁场大小与磁场强度成正比。在这种激励作用下，微电子机械装置产生的磁场强度可通过改变线圈直径来改变，从而改变线圈产生的磁场位置和方向。但是，由于线圈太小了，因此必须将线圈全部装在天线上，且要求尽可能长时间处于工作状态。在这种情况下，可以将线圈和天线单独安置在一个芯片上进行测试。这一方法虽然能用于测量单个电介质特性，但是其灵敏度很低，因此还不能用在很多测量领域中。
5.特殊加工磁阻传感器性能
对于特殊加工磁阻传感器而言，其主要有以下两个原因。为了减少生产成本，一些生产厂家使用了特殊加工技术。与以往相比，这类加工技术使器件更小，更薄，而且由于材料的特殊结构也更容易加工。此外，这种技术能够减少元器件之间的相互影响。例如，用普通的硅材料在较大尺寸的加工设备上加工传感器时，它会随着厚度的增加而产生应力。由于应力会产生应变，因此只有在较大尺寸的加工设备上才能加工出这种元件。由于这种工艺使元件具有一定程度的体积，从而减小了制造成本，因此有越来越多地应用于制造高性能磁阻传感器。目前，一些生产商正在开发一种具有一定抗干扰能力（即在测量过程中可以承受外部噪音）的特殊加工技术。）
6.其他应用磁阻测量技术及其应用
尽管存在上述优点，但目前还没有可靠或精确的磁流体和磁场测量方法。磁阻测量技术还存在一些缺点，如只能测量极小的磁流体运动。不过，目前有许多研究正在对此进行研究，以进一步提高磁场检测的精度。在许多系统中，磁阻传感器的测量范围可达几十或数百Ω。此外它还能用于测量气体中磁性的浓度及其对磁场强度的影响。除了测量外部磁场以外，也可用于测量内部磁场（例如，压电传感器）。例如，在测量高压直流电源设备中所使用的压电式传感器就非常适用于这种类型的设备。除了上述几种系统外，某些系统还可能使用磁阻传感器来探测周围环境中的磁场。
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