AMR 磁传感器横轴效应两种补偿方法的对比研究.pdf

《AMR 磁传感器横轴效应两种补偿方法的对比研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第５期何宏等．ＡＭＲ磁传感器横轴效应两种补偿方法的对比研究５２７ＡＭＲ磁传感器横轴效应两种补偿方法的对比研究１１１，２何宏冯乐张志宏（１．天津理工大学自动化学院天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津３００３８４；２．天津广播电视台传输发射部，天津３０００７２）摘要对三轴各向异性磁电阻（ＡＭＲ）磁传感器横轴误差的旋转补偿法和非旋转补偿法进行对比分析，结果表明：旋转补偿法的偏差为０．００２，非旋转补偿法的偏差为０．００４；旋转补偿法的精度比非旋转补偿法的精度提高了将近一倍。关键词ＡＭＲ磁阻传感器横轴效应旋转补偿法非旋转补偿方法精度中图分类号ＴＰ２

2、１２．１文献标识码Ａ文章编号１０００-３９３２（２０１５）０５-０５２７-０４现实生活中，针对车辆、飞机及行人等的定位改变了磁化矢量角，使它有了一定的偏转，如图１［１］都需要高精度的定位导航系统，为此需要将磁所示。传感器与其他技术相结合，实现磁传感器在时间变化时依然具有良好的灵敏度、线性度和稳定性。常用的磁传感器有两种：各向异性磁阻（Ａｎｉｓｏｔｒｏ-ｐｙｏｆＭａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ＡＭＲ）传感器与特大磁电阻（ＧｉａｎｔＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔｉｖｅ，ＧＭＲ）传感器。二者相比，ＧＭＲ传感器在灵敏度上稍具优势，但ＧＭＲ传感器具有高滞后性

3、，而且在高强磁场中容易损坏。考虑到实时性和成本，具有灵敏度高、响应速度快及成本低等优势的ＡＭＲ传感器更具推广价值。图１ＡＭＲ传感器磁化矢量与外磁场矢量的关系ＡＭＲ传感器在垂直于其灵敏轴方向被施加铁磁层的磁场能量Ｅ可以表示为：２一定的加速度或者倾斜一定的角度，即横轴效Ｅ＝１／２μ０ＭｓＨｋｓｉｎφ－μ０Ｍｓ（Ｈｙｓｉｎφ＋Ｈｘｃｏｓφ）（１）［２］２Ｋ应，测量期间，如果周围磁场发生改变，传感器ｕ其中μ为真空磁导率，Ｈ＝是各向异性０ｋＭ的测量结果就会产生横轴误差。在此，通过对横ｓ域，Ｈ和Ｈ是外部磁场分量，Ｋ是各向异性常轴效应的理论分析和磁能相关公式的推

4、导，对ｘｙｕ数，Ｍ＝（‖Ｍ珝‖）是饱和磁化。式（１）表示了外ＡＭＲ传感器横轴误差的旋转补偿方法和非旋转ｓ补偿方法进行对比。磁场和角度φ对整体磁场能量的影响。１ＡＭＲ传感器的横轴效应磁性材料的各向异性能量取决于磁晶体内部ＡＭＲ传感器内部由镍铁合金层组成，当出现磁化矢量的方向，这种能量指的是磁晶体中不受外界影响而形成的那些磁化的能量，其中角度φ一个强大的磁场领域时，所有镍铁合金层内的磁由最小磁能给出：场方向就会受其影响而与其方向保持一致，这个独特的磁化领域可以归结为一个矢量，即磁化矢量Ｍ珝。传感器的输出取决于磁化矢量Ｍ珝与各向收稿日期：２０１４-１１-

5、０４异性轴之间的角度φ，此时定义的磁化矢量Ｍ珝指基金项目：天津市高等学校创新团队培养计划资助项目［３］没有外磁场干扰的。传感器周围的外磁场珝Ｈ（ＴＤ１２-５０１５）５２８化工自动化及仪表第４２卷［４］Ｅ法，由于参数ａ的未知性和不可测量性，此处采＝０（２）φ取实际值与理想值的比例形式消去参数ａ，从而由式（１）、（２）可得：得到一个简单的公式，以便补偿横轴误差。Ｈｓｉｎφｃｏｓφ＝Ｈｃｏｓφ－Ｈｓｉｎφｋｙｘ２．１非旋转补偿法假设φ１，则有ｓｉｎφ≈φ、ｃｏｓφ≈１，那么式为了补偿传感器横轴的影响，此处将用到式（２）即变换为：（６）。先假设：Ｈｙ

6、φ＝（３）ＨＨ＋ＨｙｋｘΓ＝Ｈ＋Ｈｋｘ式（３）表明，如果外磁场应用于传感器的敏则式（６）变为：感轴方向Ｈｙ，磁化矢量会自动旋转，由于这种旋２Ｖ＝ａΓ槡１－Γｏｕｔ转，随着角度的变化镍铁合金层的阻值也会随之即：改变，如果外部领域在各向异性的方向上也有分４２Ｖ＝ａΓ槡１－Γ／槡１＋Γ（８）量，这与式（１）中的静磁能μＭＨｃｏｓφ相关，它也ｏｕｔ０ｓｘ４会影响角度φ，因此测量结果是在变化的，这种现应用槡１－Γ≈１近似值后，式（８）可简化为：２２象被称为横轴效应，当一个强磁场作用于正交敏２ａＨｙＶ＝（９）ｏｕｔ２２Ｈ＋（Ｈ＋Ｈ）感轴方向时，就会变成重大问题

7、。最后，阻值随外ｙｋｘ应该注意，ａ和Ｈ是常数。现在，提出一个部磁场变化而变化，即：ｋＨ２没有横轴误差的ＡＭＲ传感器，这种理想的ＡＭＲ２ｙＲ＝ＲＨ＝０－ΔＲｓｉｎφ＝ＲＨ＝０－ΔＲ()（４）Ｈｋ＋Ｈｘ传感器的输出电压是不依赖于正交场的（Ｈｘ＝式中ＲＨ＝０———无干扰区域的阻值；０）。因此，式（９）可变为：２２ΔＲ———最大阻值的变化量。２ａＨｙＶ＝（１０）ｏｕｔ-ｌｘ２２Ｈ＋Ｈ应用螺旋条纹状结构，４５°是为了传感器输出ｙｋ为了消除式（１０）的敏感性，将式（９）与式有更好的线性响应，经常人为地增加角度，因此式（１０）相除以消除参数ａ：（４）可变化为：２

8、２２２ＶＨ＋（Ｈ＋Ｈ）１ＨＨｏｕｔ-ｌｘｙｋｘＲ＝Ｒ－ΔＲｙｙ（５）＝４５°Ｈ＝０[＋１－()]Ｖ２Ｈ２＋Ｈ２２Ｈｋ＋Ｈｘ