磁敏传感器及其应用

2011-03-19 23:11:33来源: 互联网
磁敏传感器,顾名思义就是感知磁性物体的存在或者磁性强度(在有效范围内)这些磁性材料除永磁体外,还包括顺磁材料(铁、钴、 镍及其它们的合金)当然也可包括感知通电(直、交)线包或导线周围的磁场。

一,传统的磁检测中首先被采用的是电感线圈为敏感元件

特点正是无须在线圈中通电,一般仅对运动中的永磁体或电流载体起敏感作用。后来发展为用线圈组成振荡槽路的。 如探雷器,金属异物探测器,测磁通的磁通计等. (磁通门,振动样品磁强计)。

二, 霍尔传感器

霍尔传感器是依据霍尔效应制成的器件。

霍尔效应:通电的载体在受到垂直于载体平面的外磁场作用时,则载流子受到洛伦兹力的作用, 并有向两边聚集的倾向,由于自由电子的聚集(一边多一边必然少)从而形成电势差,在经过特殊工艺制备的半导体材料这种效应更为显着。从而形成了霍尔元件。早期的霍尔效应的材料Insb(锑化铟)。为增强对磁场的敏感度,在材料方面半导体IIIV 元素族都有所应用。近年来,除Insb之外,有硅衬底的,也有砷化镓的。霍尔器件由于其工作机理的原因都制成全桥路器件,其内阻大约都在150Ω~500Ω之间。对线性传感器工作电流大约在2~10mA左右,一般采用恒流供电法。

Insb与硅衬底霍尔器件典型工作电流为10mA。而砷化镓典型工作电流为2 mA。作为低弱磁场测量,我们希望传感器自身所需的工作电流越低越好。(因为
电源周围即有磁场,就不同程度引进误差。另外,目前的传感器对温度很敏感,通的电流大了,有一个自身加热问题。(温升)就造成传感器的零漂。这些方面除外附补偿电路外,在材料方面也在不断的进行改进。

霍尔传感器主要有两大类,一类为开关型器件,一类为线性霍尔器件,从结构形式(品种)及用量、产量前者大于后者。霍尔器件的响应速度大约在1us 量级。

三,磁阻传感器

磁阻传感器,磁敏二极管等是继霍尔传感器后派生出的另一种磁敏传感器。采用的半导体材料于霍尔大体相同。但这种传感器对磁场的作用机理不同,传感器内载流子运动方向与被检磁场在一平面内。(顺便提醒一点,霍尔效应于磁阻效应是并存的。在制造霍尔器件时应努力减少磁阻效应的影响,而制造磁阻器件时努力避免霍尔效应(在计算公式中,互为非线性项)。在磁阻器件应用中,温度漂移的控制也是主要矛盾,在器件制备方面,磁阻器件由于与霍尔不同,因此,早期的产品为单只磁敏电阻。由于温度漂移大,现在多制成单臂(两只磁敏电阻串联)主要是为补偿温度漂移。目前也有全桥产品,但用法(目的)与霍尔器件略有差异。据报导磁阻器件的响应速度同霍尔1uS量级。

磁阻传感器由于工作机理不同于霍尔,因而供电也不同,而是采用恒压源(但也需要一定的电流)供电。当后续电路不同对供电电源的稳定性及内部噪声要求高低有所不同。

四,磁敏器件应用的问题之四

磁敏器件(单元)体积问题:

在磁敏元件作为检测磁场而设计和制造的 ,一般检测的概念是:测量磁场中某一点的磁性。作为点的定义在几何学中是无限小的。在磁场检测中,由于磁场的面积、体积、缝隙大小等都是有限面积(尺寸),因此我们希望磁敏元件之面积与被测磁场面积相比也应该是越小越准确。在磁场成像的技术中,元件体积越小,在相同的面积内采集的像素就愈多。分辨率、清晰度越高。在表面磁场测量与多级磁体的检测中,在磁尺中,必然有如此要求。从磁敏元件工作机理看,为提高灵敏度在几何形状处于磁场中的几何尺寸都有相应要求,这与“点”的要求是相矛盾的。在与国外专家技术交流中得知,1999年俄罗斯专家说他们制成了体积0 .6mm得探头(是几个研究所合作搞成的)。美国也有相应的产品,售价约70美元一只。是否是目前最高水平,未见其它报导。

在二维场和三维场的测量中探头的封装垂直度的要求也有很大的难度。

关键字:应用

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/MEMS/2011/0319/article_895.html
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