磁敏傳感器及其應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2008/5/27 0:00:00 訪問(wèn)次數(shù):652
     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(wú)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(lái)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(guò)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(lái),除insb之外,有硅襯底的,也有砷化鎵的;魻柶骷捎谄涔ぷ鳈C(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(wèn)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(wèn)題之四
    磁敏器件(單元)體積問(wèn)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(wú)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(guó)外專家技術(shù)交流中得知,1999年俄羅斯專家說(shuō)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(guó)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(jiàn)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。
    
    
     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(wú)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(lái)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(guò)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(lái),除insb之外,有硅襯底的,也有砷化鎵的;魻柶骷捎谄涔ぷ鳈C(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(wèn)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;魻柶骷捻憫(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(wèn)題之四
    磁敏器件(單元)體積問(wèn)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(wú)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(guó)外專家技術(shù)交流中得知,1999年俄羅斯專家說(shuō)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(guó)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(jiàn)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。
    
    
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