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1、传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 传感器技术及应用 机械09 20112012第二学期 2012年3月 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 5.6 磁敏传感器 l半导体磁敏传感器：可将磁场强度参数转变 为电参数的传感器。 l种类：霍尔传感器、磁敏电阻传感器、磁敏 二极管、磁敏晶体管
2、等。 l特点： l可实现非接触检验，寿命长、可靠性高。 从直流（0Hz）到高频（数十GHz）其特性 完全一样。 不仅能够测量运动磁场强度,也能测量静止 的磁场。 能够使器件小型化和集成化。 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 一、霍尔元件 霍尔电压形成的定性说明 (a)磁场为0时，电子在半导体中的流动; (b)磁场不为0，电子在劳伦兹力作用下发生 偏转; (c)电荷积累达到平衡时,电子在流动 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原
3、理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 二、 磁敏电阻 l磁敏电阻是一种电阻随磁场而变化的 磁敏元件，也称MR元件。它的理论 基础为磁电阻效应。 1、工作原理 l磁电阻效应： l将载流导体（金属或半导体）置于外 磁场中，不但产生霍尔效应（电势或 电场），同时电阻也会随磁场而变化 。这种现象成为磁敏电阻效应，简称 磁电阻效应。 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度
4、传感器 磁敏二极管(SMD) 2. 作用机理 外磁场改变了导体载流子迁移的路径，致使与外界电场同 方向的电流分量减小，等价于电阻增大 磁 敏 元 件 载流子 迁移率 几何 形状 物理磁 阻效应 几何磁 阻效应 电阻率相对变化 电阻相对变化 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) （1）物理磁阻效应 具有两种载流子的材料通电后，电子和空穴 电流密度分别为 jn 和jp ，总电流密度j 无外磁场H时， j=jn + jp 有外磁场H时， jn 与
5、 jp 背向偏转 j l 的扁平器件串联起来栅 格磁阻器件。 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 科比诺圆盘 中心和边缘为两电极 不存在横向霍尔电场和电势 磁敏电阻变化更加明显 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 栅格磁阻器件 l在LW长方形磁阻材料上面制 作许多平行等间距的金属条（
6、 即短路栅格）， l相当于许多扁条状磁阻串联。 l零磁场电阻约100,栅格金属 条在100根以上。 l栅格磁阻器件既增加了零磁场 电阻值、又提高了磁阻器件的 灵敏度。 L B I L B I B I 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 磁敏电阻的灵敏度一般是非线性的，且受 温度影响较大；因此，使用磁敏电阻时必须 首先了解如下图所示的持性曲线。然后，确定 温度补偿方案。 磁阻元件的电阻值与磁场的 极性无关，它只随磁场强度 的增加而增加 磁阻
7、元件的温度特性 不好，在应用时，一 般都要设计温度补偿 电路。 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 4、磁阻式传感器应用磁阻效应角 度传感器 l测量原理输出电压与磁场角度成正比 l由于电阻没有极性，仅与磁场强度的绝对值成正比， l磁极每转动180度，某个位置上的磁敏电阻阻值变化一 周期， l相对180度布置的两磁敏电阻a和d同步变化R l与a，d相差90度布置的磁敏电阻b，c变化周期差180度 ， l即b，c与a，d正好反相R 传感器技术
8、及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 磁阻式传感器应用磁阻效应角 度传感器 l将相间90度布置的四个磁敏电阻接入 电桥电路， l传感器每相对磁极转动180度，输出 电压变化一个周期。 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) lUZZ900信号调理芯片 KMZ41型传感器： 内含8个MR形成两组电桥
9、传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) l两组磁敏电阻相对磁场布置相差45度 ，磁阻变化相位差90度 l两组电桥的输出电压相位相差90度 KMZ41型传感器：可以实现辨向功能 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 两组电桥制作成相差45度分布，输出 信号相差90度 l可判别角度方向 传感器
10、技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 转速传感器 l传感器与调理电路 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 安装 l工作原理 l输出方波 l频率信号 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件
11、应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 各向异性磁阻传感器(AMR) l原理： *Anisotropic Magnetoresistive Effect各向异性磁 阻效应 各向异性磁阻传感器是将铁镍合金薄膜沉积在硅基底上 构成的，沉积的时候薄膜以条带的形式排布，形成 一个平面的线阵以增加磁阻的感知磁场的面积。 当外部磁场加到这样的铁磁性薄膜上的时候，磁畴旋转 ，改变空间取向，这样使得薄膜条带构成的线阵的 表观电阻发生改变。具体的说，电桥的相对的两个 臂上的电阻增大，而另外两只相对的臂上的电阻减 小，就反应在电桥电压输出的改变上。 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻
12、效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 芯片内的惠斯通电桥 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁
13、阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 各向异性磁阻传感器 HMC1002 HoneyWell公司的HMC1002 特性： *响应时间短（可以测高频交变磁场） *测量精度高 （达10(-8)T) *有两个敏感轴，可确定平面内大小方 向 芯片体积小，定位较准确 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 芯片管脚排布 传感器技术及应用 磁敏传感器
14、磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) HMC1052磁阻传感器由两个AMR 传感器 (各向异性磁阻传感器) 整合在一起,可以 把任何水平方向的磁场分解为X , Y 两个 方向的矢量。 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的
15、形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 三、 磁敏二极管(SMD) l工作原理 l在高阻半导体芯片（本征型I）两端，分别制作P、N两个 电极 lP、N为重参杂区，I区长度较长 lI区一侧光滑，一侧打毛粗糙， l粗糙表面易于使电子空穴对复合而消失，成为r面（复 合区） l外加正向偏压：P区接正，N区接负大量空穴从P区注入I 区；大量电子从N区注入I区 l未加磁场，电子和空穴运行方向不偏转 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用：
16、磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 磁敏二极管加正向电压：P+N- l当磁场方向使电子、空穴向r面偏转时， 载流子对因复合而消失，使I区载流子数 目大为减少，该管外部表现为电阻增大， 电流减小，压降增大，U0 l当磁场方向使电子、空穴向光滑面偏转时 ，复合率变小，外部表则现为电阻减小， 电流增大，压降减小, U0 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻效应的因素 材料 磁敏电阻的形状 灵敏度与形状 几何磁阻效应 栅格磁阻器件 应用： 磁阻效应角度传感器 磁敏二极管(SMD) 磁敏二极管的伏安特性 l在给定磁场情况下，磁敏 二极管两端正向偏压和通 过它的电流的关系曲线。 在一定条件下，磁敏二极管的 输出电压的变化量U与外加磁 场的关系 磁敏二极管的磁电特性： 传感器技术及应用 磁敏传感器 磁敏电阻 工作原理-磁阻效应 影响磁阻
