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磁敏傳感器及其應(yīng)用

          

          


          

          
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 磁敏傳感器，顧名思義就是感知磁性物體的存在或者磁性強(qiáng)度(在有效范圍內(nèi))這些磁性材料除永磁體外，還包括順磁材料(鐵、鈷、 鎳及其它們的合金)當(dāng)然也可包括感知通電(直、交)線包或?qū)Ь�周圍的磁場(chǎng)。  

              一， 傳統(tǒng)的磁檢測(cè)中首先被采用的是電感線圈為敏感元件。特點(diǎn)正是無須在線圈中通電，一般僅對(duì)運(yùn)動(dòng)中的永磁體或電流載體起敏感作用。后來發(fā)展為用線圈組成振蕩槽路的。 如探雷器， 金屬異物探測(cè)器，測(cè)磁通的磁通計(jì)等. (磁通門，振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì))。  

              二, 霍爾傳感器  

              霍爾傳感器是依據(jù)霍爾效應(yīng)制成的器件。  

              霍爾效應(yīng)：通電的載體在受到垂直于載體平面的外磁場(chǎng)作用時(shí)，則載流子受到洛倫茲力的作用， 并有向兩邊聚集的傾向,由于自由電子的聚集(一邊多一邊必然少)從而形成電勢(shì)差， 在經(jīng)過特殊工藝制備的半導(dǎo)體材料這種效應(yīng)更為顯著。從而形成了霍爾元件。早期的霍爾效應(yīng)的材料Insb(銻化銦)。為增強(qiáng)對(duì)磁場(chǎng)的敏感度,在材料方面半導(dǎo)體IIIV 元素族都有所應(yīng)用。近年來，除Insb之外，有硅襯底的，也有砷化鎵的。霍爾器件由于其工作機(jī)理的原因都制成全橋路器件，其內(nèi)阻大約都在150Ω~500Ω之間。對(duì)線性傳感器工作電流大約在2~10mA左右，一般采用恒流供電法。  

           Insb與硅襯底霍爾器件典型工作電流為10mA。而砷化鎵典型工作電流為2 mA。作為低弱磁場(chǎng)測(cè)量，我們希望傳感器自身所需的工作電流越低越好。（因?yàn)殡娫粗車从写艌?chǎng)，就不同程度引進(jìn)誤差。另外，目前的傳感器對(duì)溫度很敏感，通的電流大了，有一個(gè)自身加熱問題。（溫升）就造成傳感器的零漂。這些方面除外附補(bǔ)償電路外，在材料方面也在不斷的進(jìn)行改進(jìn)。  

           霍爾傳感器主要有兩大類，一類為開關(guān)型器件，一類為線性霍爾器件，從結(jié)構(gòu)形式（品種）及用量、產(chǎn)量前者大于后者。霍爾器件的響應(yīng)速度大約在1us 量級(jí)。  

              三，磁阻傳感器  

           磁阻傳感器，磁敏二極管等是繼霍爾傳感器后派生出的另一種磁敏傳感器。采用的半導(dǎo)體材料于霍爾大體相同。但這種傳感器對(duì)磁場(chǎng)的作用機(jī)理不同，傳感器內(nèi)載流子運(yùn)動(dòng)方向與被檢磁場(chǎng)在一平面內(nèi)。（順便提醒一點(diǎn)，霍爾效應(yīng)于磁阻效應(yīng)是并存的。在制造霍爾器件時(shí)應(yīng)努力減少磁阻效應(yīng)的影響，而制造磁阻器件時(shí)努力避免霍爾效應(yīng)（在計(jì)算公式中，互為非線性項(xiàng)）。在磁阻器件應(yīng)用中，溫度漂移的控制也是主要矛盾，在器件制備方面，磁阻器件由于與霍爾不同，因此，早期的產(chǎn)品為單只磁敏電阻。由于溫度漂移大，現(xiàn)在多制成單臂（兩只磁敏電阻串聯(lián)）主要是為補(bǔ)償溫度漂移。目前也有全橋產(chǎn)品，但用法（目的）與霍爾器件略有差異。據(jù)報(bào)導(dǎo)磁阻器件的響應(yīng)速度同霍爾1uS量級(jí)。  

           磁阻傳感器由于工作機(jī)理不同于霍爾，因而供電也不同，而是采用恒壓源（但也需要一定的電流）供電。當(dāng)后續(xù)電路不同對(duì)供電電源的穩(wěn)定性及內(nèi)部噪聲要求高低有所不同。  

              四， 磁敏器件應(yīng)用的問題 

              磁敏器件（單元）體積問題：  

          在磁敏元件作為檢測(cè)磁場(chǎng)而設(shè)計(jì)和制造的 ，一般檢測(cè)的概念是：測(cè)量磁場(chǎng)中某一點(diǎn)的磁性。作為點(diǎn)的定義在幾何學(xué)中是無限小的。在磁場(chǎng)檢測(cè)中，由于磁場(chǎng)的面積、體積、縫隙大小等都是有限面積（尺寸），因此我們希望磁敏元件之面積與被測(cè)磁場(chǎng)面積相比也應(yīng)該是越小越準(zhǔn)確。在磁場(chǎng)成像的技術(shù)中，元件體積越小，在相同的面積內(nèi)采集的像素就愈多。分辨率、清晰度越高。在表面磁場(chǎng)測(cè)量與多級(jí)磁體的檢測(cè)中，在磁柵尺中，必然有如此要求。從磁敏元件工作機(jī)理看，為提高靈敏度在幾何形狀處于磁場(chǎng)中的幾何尺寸都有相應(yīng)要求，這與“點(diǎn)”的要求是相矛盾的。在與國外專家技術(shù)交流中得知，1999年俄羅斯專家說他們制成了體積0 .6mm得探頭（是幾個(gè)研究所合作搞成的）。美國也有相應(yīng)的產(chǎn)品，售價(jià)約70美元一只。是否是目前最高水平，未見其它報(bào)導(dǎo)。  

           在二維場(chǎng)和三維場(chǎng)的測(cè)量中探頭的封裝垂直度的要求也有很大的難度。　           		

          

          


          

          
出處： 作者： 

          

          


          

          
 

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