各向异性磁阻传感器的应用从设想到实践.doc

46-各向异性磁阻传感器的应用从设想到实践
各向异性磁阻传感器的应用
――从设想到实践
指导教师:刘进老师合作者: 物理系:刘奇电子系:虞南方裴轶各向异性磁阻传感器(AMR) 原理: *Anisotropic oresistive Effect――各向异性磁阻效应*Unlike the Hall effect,AMR is fundamentally a quantum-mechanical effect. *spin-orbit interactions between the electron trajectory (orbit) and the ization (spin). 传感器原理各向异性磁阻传感器是将铁镍合金薄膜沉积在硅基底上构成的,沉积的时候薄膜以条带的形式排布,形成一个平面的线阵以增加磁阻的感知磁场的面积。传感器原理当外部磁场加到这样的铁磁性薄膜上的时候,磁畴旋转,改变空间取向,这样使得薄膜条带构成的线阵的表观电阻发生改变。具体的说,电桥的相对的两个臂上的电阻增大,而另外两只相对的臂上的电阻减小,就反应在电桥电压输出的改变上。各向异性磁阻传感器HMC1002 实验中采用HoneyWell公司的HMC1002 特性: *响应时间短(可以测高频交变磁场) *测量精度高(达10^(-8)T) *有两个敏感轴,可确定平面内大小方向芯片体积小,定位较准确芯片管脚排布电压与磁场关系曲线芯片内的惠斯通电桥 Offset管脚通过在Offset管脚上加置合适的电压可以使得: l 把某个特定方向的不需要的磁场扣减掉(“屏蔽”); l 修正由于工艺本身造成的电桥的不平衡; l 通过电桥输出的电压信号的反馈可以由offset功能完全抵消外部磁场对传感器的作用,可以方便的实现“回零”的操作,这在用这个传感器搭建一些更复杂的测量系统的时候会非常有用; set/reset功能管脚的作用 l 使磁阻传感器始终工作在高灵敏度的状态; l 改变输出电压信号的极性; set/reset功能很多小磁场传感器的性能在较大的外加磁场下(4-20gauss)都会使得输出信号的质量严重下降。为了消除这种效应,避免瞬时性的大磁场对传感器的不良冲击性影响,honeywell磁阻传感器芯片内置了set/reset功能。它的作用具体如下: 当磁阻传感器受到外加大磁场干扰后,构成它的铁磁性薄膜材料的磁畴就会呈现随机取向的状态,这会使得它的灵敏度受到影响。作用原理芯片内部实现set/reset功能的部件实际上是一组铁磁性电阻,当一个冲击性电流通过这个铁磁性电阻的时候,会产生沿着传感器灵敏方向的“内部”磁场,如果冲击电流足够大,这个大的“内部”磁场可以使得传感器的磁畴全部沿着敏感方向有序排布,这就使得它回复到一个最初始的状态,在这个状态下感知磁场可以有最灵敏和最准确的输出信号。从物理上说,磁畴是具有记忆性的:当先后将两个磁场A,B加到一组磁畴上后,磁畴的排布效果与仅将B磁场加到它上面磁畴的排布效果不同,即磁畴的排布与它感知的磁场“历史”有关,而不仅仅取决于当前的磁场。所以可以想像,时时对传感器进行复位操作(set/reset)可以使得磁畴总是从一个最初始的状态去感知外部磁场,这在测量不断变化的磁场的时候可以使得测得数据很准确的反应变化的磁场。下面是进行了置位/复位操作后磁畴排布的示意