磁性传感器的分类及简介


磁性传感器是将各种磁场及其变化的量转变成电信号输出的装置。我们可以人工设置永久磁体,利用其产生的磁场作为各种信息的载体,从而让磁性传感器承担起集探测、存储、转换、复现和监控各种磁场及磁场中信息的任务。在当今的信息社会中,磁性传感器已然成为信息技术和信息产业中不可或缺的基石元件。目前,人们已研制出利用各种物理、化学和生物效应的磁性传感器,并在科研、生产和社会生活的各个方面得到了广泛的运用。

磁性传感器的分类及简介

今天将主要介绍霍尔元件、各向异性磁阻AMR元件、巨磁电阻GMR元件及隧道磁电阻TMR元件这4种磁性传感器

霍尔传感器

霍尔传感器,顾名思义,是依据霍尔效应来制作的。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法,通过霍尔效应实验测定的霍尔系数,能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器。

1.线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成,输出模拟量。

2.开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器、斯密特触发器和输出级组成,输出数字量。

根据霍尔效应用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点。因此,在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。

各向异性磁阻AMR

磁阻传感器,同理,是利用磁阻效应制成的。1857年,Thomson发现了各向异性磁阻效应。

各向异性磁阻效应(即AMR)是指,当外部磁场与磁体内建磁场方向成零度角时, 电阻不随外加磁场变化而改变;但当外部磁场与磁体的内建磁场有角度的时候, 磁体内部磁化矢量偏移,薄膜电阻降低的一种现象。

AMR在感测地磁场范围内的弱磁场测量方面见长,常被制成转速传感器、接近开关、隔离开关。以及导航系统中的罗盘,计算机的磁盘驱动器,各种磁卡机、旋转位置传感、钻井定向等。

巨磁电阻GMR

巨磁阻效应,是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时比在无外磁场作用时存在巨大变化的现象。巨磁阻产生于层状的磁性薄膜结构,这种结构由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成。当铁磁层的磁矩相互平行时,载流子与自旋有关的散射最小,材料的电阻也最小。当铁磁层的磁矩为反平行时,与自旋有关的散射最强,此时材料的电阻最大。

基于巨磁阻效应研发出了极度灵敏的磁头,可以清晰读出较弱的磁信号并转换成清晰的电流变化,而这种磁头的出现引发了硬盘的"大容量、小型化"革命。同时巨磁电阻还可用于MRAM、角度或位置传感器、电流传感器、生物检测以及军事领域等方面。

隧道磁电阻TMR

TMR元件是近年来开始工业应用的新型磁电阻效应传感器,其利用的是磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应,比AMR元件和GMR元件具有更大的电阻变化率。

目前,AMR传感器早已大规模应用,GMR传感器正快速发展。TMR传感技术最开始是应用于硬盘驱动器读出磁头,大幅提高了硬盘驱动器的记录密度。TMR集AMR的高灵敏度和GMR的宽动态范围于一体,因而在各类磁传感器技术中,TMR磁性传感器具有无可比拟的技术优势。因此,TMR传感器可广泛应用于工业控制、金融器具、生物医疗、消费电子、汽车领域等方面。