车用磁电子罗盘的研制.pdf

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1、车用磁电子罗盘的研制李希胜，刘洪毅，郭晓霞，王立锦，王绍纯北京科技大学，北京，100083摘要：介绍了磁电子罗盘的设计。利用自己生产的磁电阻传感器研制了新型的磁电子罗盘。信号调理电路采用交流放大技术，有效解决了磁阻传感器失调及漂移的影响。采用一周标定法实现电子罗盘的自动校准。对所研制的罗盘进行了室外试验，最大罗差小于1°。关键词：各向异性磁电阻，磁电阻传感器，电子罗盘中图分类号：TP212.13文献标识码：ADevelopmentofVehicleMagneticElectronicCompassLiXisheng,LiuHongyi,GuoXiaoxia,W

2、angLijin,WangShaochunUniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing,100083Abstract:Thedesignofmagneticelectroniccompassisintroduced.Usingmagnetoresistivesensormadebyourselves,anovelmagneticelectroniccompasshasbeendeveloped.Intheportionofsignalconditioningcircuit,ACamplifyingtechniq

3、ueisinvolvedsothattheerrorduetonullanddriftofmagnetoresistivesensorisminimized.One-circlecalibrationmethodisadoptedtorealizeauto-calibration.Themaximumofazimutherrorislessthan1°intheoutdoortest.Keywords:anisotropicmagnetoresistance,magnetoresistivesensor,electroniccompass磁电子罗盘是利用地磁场

4、来实现定向功能的装置。磁电子罗盘与传统的自主惯性导航设备相比，具有体积小、成本低、无累计误差、能够自动寻北等特点。磁电子罗盘与常规的指针型罗盘相比，具有一些突出的优点，如抗冲击性、抗震性，能够对杂散磁场进行补偿，输出电信号，可方便地与其它电子设备组成应用系统。当前，磁电子罗盘根据敏感元件的工作原理分主要有基于磁通门传感器的电子罗盘和基于磁电阻传感器的电子罗盘。磁通门传感器由一套环绕磁芯的线圈组成，该磁芯配有励磁电路。磁通门传感器分辨率可达几十个微高斯[1]，提供了一种低成本的磁场探测方法，但缺点是体积偏大、易碎、响应速度较慢(上限响应频率约为1kHz[1])。

5、磁电阻传感器由坡莫合金（NiFe）制成，这种坡莫合金薄膜的电阻值随外界磁场的变化而变化[1,2]。这种传感器具有明显的灵敏轴，并可作为集成电路生产，其体积小，响应时间快（响应时间小于1微秒）。从两者的比较来看，基于磁电阻传感器的电子罗盘具有体积小、响应速度快等优点，优势明显，是磁电子罗盘的发展方向。本文中，我们利用自己生产的各向异性磁电阻（AMR）传感元件试制成功二维磁电子罗盘，室外试验表明其精度优于1°。1磁电阻传感器的测量原理物体在磁场中电阻发生变化的现象称为磁电阻效应，有基于霍尔（Hall）效应的普通磁电阻效应和各向异性磁电阻（AnisotropicMa

6、gnetoresistive）效应之分。后者是指对于强磁性金属（铁、钴、镍等及其合金），当外加磁场平行于磁场内部磁化方向时，其阻值不变；若外界磁场方向偏离时，则其阻值变低；如果把这类金属做成薄膜带状导线，若存在电流时，则其阻值大小随内外两磁场的合成磁化方向与电流流向的相对关系而异，趋于同向时增大，背向者减小。由于坡莫（NiFe）合金在弱磁场下的电阻变化率较大，因此适用于适合于弱磁场条件下使用。各向异性磁电阻传感器就是以薄膜加工技术在硅片上制备坡莫合金薄膜再经微细加工技术制成磁电阻元件。由4个磁电阻元件连成惠斯通电桥的形式，从而构成了一维磁电阻传感器。磁电阻传感

7、器具有以下优点：体积小；灵敏度高；全固态传感器，无活动部件，可靠性高；可作为集成电路生产，易在电路板上安装，安装成本低。本文中，我们基于辉光放电原理在超高本底真空下制备了Ni81Fe19(12nm)超薄薄膜,其各向异性磁电阻（AMR）变化率达到1.2%[3，4]。利用制备成功的Ni81Fe19(12nm)超薄薄膜加工成二维磁电阻传感器。2地磁场与磁罗盘地球本身具有磁性，所以地球和近地空间之间存在着磁场，叫做地磁场。地磁场的强度为0.5至0.6高斯，其大小和方向随地点(甚至随时间)而异。地球磁场可应用于定向及导航。早期，采用机械式磁罗盘。随着适宜于地磁场测量的磁

8、通门传感器及AMR传感器的出现，磁电子