基于gmi效应的弱磁传感器研究

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1、硕士论文基于GMI效应的弱磁传葛器研究场力。在平衡点上，载流子大约沿长度方向作直线运动，另外的电荷不再聚集在侧面上。在磁场作用下，两端电阻几乎没有变化。两侧面中部电极上所测霍尔差分电压和垂直于半导体片的磁场成正比，其符号随外加磁场方向的改变而改变。半导体磁阻传感器常用来探测大于200G的磁场，因此一般不用其来准确测量磁场。霍尔装置目前应用最为广泛，但其灵敏度有待提高，噪声水平及静态偏移较大。因此，对霍尔器件的改进主要集中在提高灵敏度，减小偏移和噪声。其多被应用于无刷电机、微型开关、接近开关、高斯计、磁性体检测速度、转速检测、风速计、流体计等方面。图1．32所示为霍

2、尔效应齿轮传感器，在工业生活中应用广泛。圈1．32霍尔效应齿轮传感器3．巨磁电阻效应器件(GMR)巨磁电阻磁场传感器是乖』用巨磁电阻效应的磁性纳米金属多层薄膜材料，通过半导体集成工艺与集成电路相兼容的一类元器件。所谓巨磁电阻(GMR)效应，是指某些磁性或合金材料的磁电阻在一定磁场作用下急剧减小，而电阻变化率△p，P急剧增大的特性，一般增大的幅度比通常的磁性合金材料的磁电阻约高10倍。GMR效应的应用集中在数据读出磁头及存储器、弱磁检测和位置类传感器方面，其频率带宽可高达1MHz。GMR传感器的应用大都采用多层膜电阻形成的惠斯通电桥电路，这种结构提高了系统的分辨率、

3、信噪比及温度稳定性。其主要应用在高密度记录磁盘磁头、旋转编码器、高灵敏度开关等方面。4．磁通门磁强计磁通门磁强计或铁磁探针磁强计都是应用磁饱和法测量磁场的磁强计，它们是基于磁调制原理，即利用被测磁场中磁铁材料磁心在交变磁场的饱和励磁下其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量磁场的。基本磁通门包括：绕有两个线圈的铁心，主(激励)线圈和辅(收集)线圈。在运行时，主线圈中加有频率为fo的激励电流，其大小足以使具有磁导率卢的铁心饱和。我们称这种装置为磁通门的原因非常明显，当铁心不饱和时，因其磁导率∥高于外部磁场最的磁力线提供低磁阻通路，当铁，th,饱和时铁心磁阻增加，磁力

4、线溢出铁心。可通过二次谐波原理、脉冲定位原理或脉冲高度原理从输出信号中提取外磁场鼠。绪论硕士论文磁通门大都用在闭环直流磁力计中，其分辨率可达O．1nT。增加传感器频带会引起直流特性下降，还有可能引起稳定性问题【101。近20多年的研究表明，使用有效的激励和传感器铁心材料，可显著提高低磁场情况下磁通门磁力计的性能，降低磁场噪声，提高热稳定性。磁通门具有较高的分辨率和良好的稳定性，但体积较大、价格较高、频率响应较低。所以其多被设计为磁强计，应用于军事、航天、探矿等方面。图l33所示就是数字磁通门图1．3．3数字磁通门磁力仪一DM系列5超导测磁超导测磁方法是20世纪60

5、年代中期利用超导技术发展起来的一种新型测磁方法，根据目前的仪器设计，其灵敏度高达1旷”T，测程可从零到数千高斯i能响应零到几MHz．甚至到1000MHz的快速磁场变化。超导效应法是利用耦合超导体中超导电流与外部磁场的关系而测量恒定的或交交的磁场的一种方法。超导测磁方法是利用超导结的临界电流随磁场周期起伏的现象来测量磁场的。在超导结两端加上电源，电压表无显示时电流表显示的电流为超导电流，电压表开始有显示时电流表所显示的电流为临界电流。当加入磁场后，临界电流将有周期性起伏．其极大值逐渐衰减，振荡的次数乘以磁通量子即透入超导结的磁通量。因为磁通与外磁场成正比，求出磁通也

6、就求出了磁场。若磁场有变化，则磁通也变化，临界电流的振荡次数乘以磁通量子就可反映磁场变化的大小。这样，利用超导结可测定磁场的大小及其变化。超导量子干涉装置(SQUID)是典型的高温超导测磁仪器，是目前己知的灵敏度最高的低强度磁场传感器，但其结构复杂、体积庞大且价格昂贵多应用在医学领域。6．巨磁阻抗磁场传感器(GMI)就现有的研究成果而言，巨磁阻抗磁传感器与以上的传统磁传感器相比有着灵敏度高，尺寸小，响应速度快。功耗低等优点。具体应用领域包括：方向检测、旋转检测、位移检测、大电流传感器等方面。具体在性能方面与其他几种传感器对比见表13i[49-52]。硕士论文基于G

7、MI效应的弱磁传感器研究表1．3．1几种常见磁传感器性能比较量程03分辨率(V／T)频响(Hz)功耗(nlW)传感器头尺寸GMI10-11—10-446001M10‘1-2ramGN瓜10—12—10-2120．1M1010-100／tm．HalllO_一10-20．651M1010—100／“mSQUID10—14—10_6lO‘141M1010-100kt111Fluxgate·10—12—10-23．2、5k100010-20mm从表1．3．1可以看出巨磁阻抗磁传感器的灵敏度高、体积小，很好的顺应了当今科技进步对磁传感器发展的要求，在磁测量领域大有可为。1．

8、4本文所做