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磁传感器的类型及应用

2023-06-07 23:37:00

1、什么是磁传感器？

磁传感器BSR58通常是指将磁场的大小和变化转换成电信号。

以地球磁场(地面磁场)或磁铁为例，磁场是一种熟悉但看不见的现象。磁传感器一直是研究的主题，它将看不见的磁场转换成电信号和可见效应。

从传感器到磁场电效应、磁阻效应、约瑟夫森效应等物理现象，几十年前使用了电磁感应效应。

2、典型的磁传感器及其应用

如今，使用各种物理效应的传感器已经商业化。接下来，我们将重点介绍磁传感器最常用的类型及其应用。

[MR传感器元件]

MR传感器元件是利用磁阻效应(MR效应)的磁传感器元件。很多类型的MR传感器都采用了不同的工作原理。

MR效应是电阻随磁场变化而变化的现象。这种效应发生在磁性材料(如铁、镍或钴)中。

了解MR效应之前，首先要了解电子自旋，以及洛伦兹力如何利用电子电荷。

当电子在铁磁材料(具有一定磁性的材料)中运动时，磁性材料中电子的自旋波动和散射概率会上升或下降。这就是MR效应的原因。

电子有两个重要参数:电荷和自旋。它们有相同的负电荷，但有两种电子旋转:向上旋转和向下旋转。1922年，实验证明了电子旋转，并确认电子具有电子角动量和磁矩特性。

当电子通过导电材料时，它们会发生散射(电子散射)。由于材料中的静电导致电子偏离正常轨迹，电子散射是一种现象。

当导电材料中的移动带电粒子(电子)暴露在磁场中时，洛伦兹力是一种力。在不依赖电子旋转的情况下，它会影响所有的带电粒子。

[AMR传感器元件]

Williamthomson在1856年发现了各向异性磁阻效应(AMR效应)，通过观察放置在外磁场的铁磁材料。

当铁磁材料中的磁化方向与电流平行时，电子轨道垂直于电流，从而产生最大电阻。这增加了对自旋散射的依赖，导致电阻上升。

当磁化方向垂直于电流时，电子轨道会与电流平行，减少自旋散射，产生最小电阻。

磁场状态引起的电阻变化率称为磁阻比(MR比)。大约5%的MR比是AMR传感器元件。AMR传感器元件因其结构简单，常用于磁开关和旋转传感器。

[TMR传感器元件]

1995年，日本东北大学Terunobumiyazaki教授在常温下发现了隧道磁阻效应(TMR效应)。TMR传感器元件是一种利用TMR效应的磁性传感器元件，由两个铁磁层之间的极薄的纳米级非磁性绝缘层组成。电子隧道通过绝缘层从一个铁磁层穿过另一个铁磁层。它是一种量子力学现象。

当两种铁磁材料的磁化方向平行时，电阻减小，不平行时电阻增大。

TMR交界处的MR比率(磁场状态下电阻的变化率)可以达到100%以上。在实验室条件下，已经达到了1000%以上。

由于其高灵敏度，TMR传感器元件非常适合硬盘磁头或高灵敏度旋转角度传感器。

[霍尔元件]

霍尔元件是霍尔效应的一种应用。EdwinH.Hall在1879年发现的霍尔效应证明，洛伦兹力将产生与电流和磁场方向成直角的电压。这个电压叫做霍尔电压。根据Fleming的左手法则，电压的方向随着磁通量的方向而变化。磁场检测(N极)的电压大小和方向(正负)、有可能是s极)的大小和方向。

霍尔元件的磁敏度不如磁阻传感器元件。但是，作为一种不依赖磁性材料的磁性传感器，它可以用于铁磁场或恶劣环境，因此可以用作电流传感器或各种磁性开关。