磁阻传感器MR的应用
一文深度了解磁传感器的应用场景（值得典藏）
一文深度了解磁传感器的应用场景（值得典藏）磁传感器为电流传感、接近传感、线性速率或转动速率传感，以及定向磁异态检测，角度、位置或位移测量等许多传感方面的问题提供了独特的解决方案。
了解磁传感器技术背后的概念和它们最合适的应用将有助于帮您决定选择的磁传感器是否是您的最佳应用解决方案。
磁传感器的应用十分广泛，今天，我们就来掰一掰磁传感器在国民经济、国防建设、科学技术、医疗卫生等各个领域的应用状况。
一、工业上用途广泛在工业应用领域，最流行的磁性传感器类型是电流传感器，包括分流电阻器、霍尔效应集成电路、电流感应变压器、开环与闭环霍尔器件以及磁通门传感器。
1、电机在无刷电动机中，用磁传感器来作转子磁极位置传感和定子电枢电流换向器，磁传感器中，霍尔器件、威根德器件、磁阻器件等都可以使用，但主要还是以霍尔传感器为主。
另外磁传感器还可以对电机进行过载保护及转矩检测；交流变频器用于电机调速，节能效果极好；磁编码器的使用正在逐渐取代光编码器来对电机的转速进行检测和控制，例如，在电动车窗之中，传感器可以确定轴转动了多少圈，以控制车窗升降器的行程，传感器也可以探测到人手造成的异常负载情况，提供所谓的“防夹”功能，在碰到物体的时候，电机可以反转；用于直流电机换向和探测电流的电动助力转向传感器也是一个快速增长的应用，用于代替电动液压型系统。
2、电力电子技术电力电子表技术是电力技术和电子技术的结合，可实现交直流电流的相互变换，并可在所需的范围内实现电流、电压和频率的自由调节。
采用这些技术和产品，可做成各种特殊电源（如UPS、高频电源、开关电源、弧焊机逆变电源等）和交流变频器等产品。
这些变频装置的核心，是大功率半导体器件。
以磁传感器为基础的各种电流传感器被用来监测控制和保护这些大功率器件。
霍尔电流传感器响应速度快，且依靠磁场和被控电路耦合，不接入主电路，因而功耗低，抗过载能力强，线性好，可靠性高，既可作为大功率器件的过流保护驱动器，又可作为反馈器件，成为自控环路的一个控制环节。
磁敏电阻传感器的应用与研究1
磁敏电阻传感器的应用与研究摘要：磁敏电阻传感器是由磁敏电阻组成的的一种新型传感器，而磁敏电阻是一种基于磁阻效应的电阻体，它是在外磁场各个方面的作用下改变自身的阻值大小的。
它具有体积小、灵敏度高、反应迅速、测量非接触，对环境要求使用低等优点，因此可以用来解决自动化和测量中的许多难题。
关键词：磁敏；传感器；锑化铟；半导体；强磁性；一、传感器的分类磁敏电阻传感器是以磁敏电阻作为敏感元件构成的，其核心主要是磁敏电阻。
磁敏电阻是一种高性能的磁敏感元件。
其主要性能表现在磁敏电阻施加电场时，其电阻值比未施加电场时发生了明显的变化。
对于磁敏电阻，到目前为止，一些国家所研发的磁敏电阻种类颇多，其名称也极不统一。
例如，日本的“索尼”公司就有“磁敏二极管”和“磁敏电阻”之分；西德的“西门子”公司称为“磁敏半导体”；还有的公司把它叫做“场片”和“磁可控固体电阻”，还有其它的叫法等等。
但是随着其使用的领域和范围扩大，名称慢慢统一起来，趋于统一的叫法就是现在的“磁敏电阻”。
[1]而用磁敏电阻构成的传感器种类也不少。
目前按使用材料可将其分为两类：一类是用半导体材料构成的磁敏电阻传感器；另一类是用强磁性薄膜材料构成的磁敏电阻传感器。
下面就简单介绍这两种磁敏电阻。
1、半导体型磁敏电阻半导体磁敏电阻有是三个组成部分，分别是基片、半导体电阻条(内含短路条)和引线。
首先是基片，别称衬底，一般是用0.1~0.5mm厚的云母、玻璃作成的薄片，也有使用陶瓷或经氧化处理过的硅片作基片的；其次是电阻条，它一般是用锑化锢(InSb）半导体材料制成的半导体磁敏电阻条，通常工厂在制造过程中，为了提高磁敏电阻的阻值，缩小其体积、提高灵敏度，常把它作成如图l所示的结构。
最后是引线，它是用外铁磁物质的功50~100um的硅铝丝或们0~20um 的金丝体内引线，而用薄紫铜片等作为外引线，经超声压焊或金丝球焊与芯片连接起来。
[2]由锑化铟磁敏电阻构成的传感器的外形呈扁平状，非常薄，这类磁敏电阻主要是利用“霍尔效应”为其作用原理的，而现在外国的一些科学家已经提出了自旋霍尔效应理论，在由绝缘铁磁体的F多层膜，如钇铁石榴石（YIG），和一个正常的金属与自旋轨道相互作用，如铂（Pt）。
磁传感器的工作原理和应用
磁传感器的工作原理和应用磁传感器是一种能够检测和测量磁场的设备，其工作原理基于磁感应效应。
本文将介绍磁传感器的工作原理、种类及其广泛的应用领域。
一、磁传感器的工作原理磁传感器通常由一个敏感元件和一个信号处理单元组成。
敏感元件负责感应磁场并产生相应的电信号，信号处理单元则对这些电信号进行处理和解读。
常见的磁传感器敏感元件包括磁电阻传感器、霍尔效应传感器和磁感应线圈传感器。
它们基于不同的磁感应效应来实现对磁场的感应和测量。
1. 磁电阻传感器：磁电阻效应是指在磁场作用下，材料的电阻发生变化。
磁电阻传感器利用这一效应来感应周围磁场。
当磁场的方向和强度变化时，敏感元件内部的电阻也会相应变化。
通过测量电阻的变化，可以确定磁场的强度和方向。
2. 霍尔效应传感器：霍尔效应是指当载流子在磁场中运动时，由于洛仑兹力的作用，电子在晶格中堆积。
这种堆积使得电子运动轨迹发生偏移，进而引起电阻的变化。
霍尔效应传感器利用这一效应来感应磁场。
当磁场的方向和强度变化时，霍尔传感器中的电阻也会发生相应变化。
通过测量电阻的变化，可以得到磁场的信息。
3. 磁感应线圈传感器：磁感应线圈传感器由线圈和磁芯组成。
当线圈中通过电流时，磁芯的磁导率会发生变化，进而改变线圈的自感和互感。
这种变化可以用来感应周围的磁场。
通过测量线圈中的电流和电压变化，可以确定磁场的强度和方向。
二、磁传感器的应用由于磁传感器能够对磁场进行高精度的感应和测量，因此在许多领域都有广泛的应用。
1. 汽车行业：磁传感器在汽车行业中应用广泛，例如车速传感、转向角传感和刹车传感等。
通过对磁场的感应和测量，磁传感器能够实现对车辆运行状态的监测和控制。
2. 电子产品：磁传感器在电子产品中也有重要的应用。
例如，智能手机中的指南针和陀螺仪就是利用磁传感器来感应和测量磁场，实现屏幕旋转和导航功能。
3. 工业自动化：磁传感器在工业自动化中起着关键的作用。
例如，磁传感器可用于检测机械设备的位置和方向，实现自动控制和监测。
磁位置传感器的应用
对于长度延长的线性位置传感而言 可以将多个传 感器电桥排列在移动磁铁旁 要获得最佳分辨率和线性 度 应当将 45 范围后退一点 至约 30 当定量 计算移动位移需要多少线性排列的传感器时 应当确定
θ=0.5*arctan( Va/ Vb)
磁铁到电桥的间隔距离 对于像陶瓷型和铝镍钴型 其 磁极面磁场强度在 1000 高斯以下的常用磁铁而言 最
磁位置传感器的应用
磁铁
轴 旋转
图8 宽范围的位置传感
传感器 A 传感器 B
V = A*sin(2*θ)+偏置 V = A*cos(2*θ)+偏置
传感器 A 传感器 B
Honeywell
因为大多数三角函数都是在微控制器的集成电路 中以参数库形式执行的 所以这些特殊情况的条件很容 易处理 合成 角是磁场相对于传感器的相对位置 应 当注意的是 如果允许旋转超过 90 将再次重复计 算 并在各端点上跳读正 90 和负 90 通过使用这 种电路和一个霍尔效应传感器来确定轴的哪一侧正在 通过磁极探测来测定位置 可以进一步将 360 或 180 的参数输入到微控制器中 图 10 示出了 HMC1512 的 基本电路接口
电流
金属触点
坡莫合金 薄膜 NiFe
外加磁场
图1 AMR 元件
为了用 AMR 元件构建传感器 须将四个元件布置成 金刚石形状 并通过金属化将它们的端部彼此连接在 一起 以形成惠斯顿电桥 对四个首尾连接的相同元 件施加 Vs 的直流电压源 剩余的两个节点用于测量 (节点任意选取) 在不提供任何磁场 0 高斯 的情 况下 除了因 AMR 元件的制造公差而引起的少量补 偿电压外 各个测量节点都应具有相同的电压 在用
AMR 传感器的原理
各向异性磁阻发生在某些含铁材料中 该材料可 以薄带形成使用而成为电阻元件 霍尼韦尔公司采用 了一种被称为坡莫合金的含铁材料 将其制成了四个 电阻元件构成一个惠斯顿电桥传感器 每个带状磁阻 元件都具有以 cos2θ 关系改变电阻的能力 其中 θ 西 塔 是磁矩 M 矢量和电流 I 间的夹角 图 1 示 出了有外加磁场和电流情况的坡莫合金元件
各向异性磁阻传感器
物理研究性实验报告各向异性磁阻传感器（AMR）与地磁场测量第一作者:学号：第二作者：学号：2013年5月17日星期五目录一、摘要 (3)二、实验目的 (3)三、实验原理 (3)四、实验仪器介绍 (4)五、实验内容 (6)1、测量前的准备工作 (6)2、磁阻传感器特性测量 (6)a.测量磁阻传感器的磁电转换特性 (6)b.测量磁阻传感器的各向异性特性 (6)3、赫姆霍兹线圈的磁场分布测量 (7)a.赫姆霍兹线圈轴线上的磁场分布测量 (7)b．赫姆霍兹线圈空间磁场分布测量 (8)4、地磁场测量 (8)六、原始数据记录和处理 (9)（1）、原始数据记录及初步处理 (9)1）AMR磁电转换特性的测量 (9)2）ARM方向特性的测量 (9)3）赫姆霍兹线圈轴向磁场分布测量 (9)4）赫姆霍兹线圈空间磁场分布测量 (10)5）地磁场的测量 (10)（2）、数据处理 (10)1）AMR磁电转换特性的测量 (10)2）ARM方向特性的测量 (11)3）赫姆霍兹线圈轴向磁场分布测量 (11)4）赫姆霍兹线圈空间磁场分布测量 (11)5）地磁场的测量 (12)七、误差分析与思考题 (12)1、误差分析 (12)2、推导公式（1） (13)3、通过网上或图书馆查阅文献，列举某个AMR传感器在有关领域的应用实例，简要介绍其测量原理和方法 (13)八、讨论 (14)1实验中发现的问题 (14)2 对实验仪器的一个小改进 (14)九、总结与收获 (14)十、附录(原始数据) (15)一、摘要物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应，磁阻传感器利用磁阻效应制成。
磁场的测量可利用电磁感应，霍耳效应，磁阻效应等各种效应。
其中磁阻效应法发展最快，测量灵敏度最高。
磁阻传感器可用于直接测量磁场或磁场变化，如弱磁场测量，地磁场测量，各种导航系统中的罗盘，计算机中的磁盘驱动器，各种磁卡机等等。
也可通过磁场变化测量其它物理量，如利用磁阻效应已制成各种位移、角度、转速传感器，各种接近开关，隔离开关，广泛用于汽车，家电及各类需要自动检测与控制的领域。
磁阻效应具体应用及原理
磁阻效应具体应用及原理磁阻效应是指当电流通过一个材料时，由于材料的电阻随着外加磁场的变化而发生变化，从而导致电阻的值发生变化。
它是固体材料中一种重要的磁电耦合效应，也是磁电耦合研究的重要内容之一。
磁阻效应的具体应用及原理如下：1.磁阻传感器磁阻传感器利用磁阻效应来测量磁场强度，常见的磁阻传感器有磁阻式角位移传感器、磁阻式线性位移传感器等。
这些传感器通常包含一个可测量磁场的磁敏感元件以及一个测量电阻变化的电路。
当磁场作用在磁敏感元件上时，电阻值发生变化，通过测量这个变化可以得到磁场的大小。
2.磁阻随机存取存储器(M R A M)磁阻随机存取存储器采用磁阻效应来实现数据存储。
它利用自旋极化的磁性材料中的磁阻变化来表示二进制信息。
在读取数据时，通过检测电阻的变化来判断存储的信息。
相较于传统的存储器技术，M R A M具有非常快的读写速度、低功耗和无需刷新等优点，已经广泛应用于电子产品中。
3.磁阻式磁力传感器磁阻式磁力传感器利用磁阻效应来测量磁场中的磁力大小和方向。
它通常由一个磁阻敏感层和一个感测电路组成。
当磁场作用于磁阻敏感层时，磁场的变化会导致敏感层的电阻发生变化，通过测量电阻的变化可以得到磁场的信息。
4.磁阻式变压器磁阻式变压器利用磁阻效应来实现电力的传输和变换。
它由一个磁阻敏感材料制成的传感器和一个电路组成。
当磁阻传感器接收到输入信号时，电路会根据电阻变化来调节和控制输出信号的大小，从而实现电力的传输和变换。
磁阻效应的基本原理是磁场对材料的电子态和载流子运动的影响。
磁场作用下，电子运动轨迹呈螺旋状，使平均自由程减小，电阻增大。
这是由于磁场引起了电子动量的散射，并阻碍了电子的运动。
在某些材料中，磁场对自旋运动的影响尤为显著，通过改变自旋方向来调控电子的散射和运动，从而实现电阻的变化。
磁阻效应的具体机制包括“自旋极化效应”和“自旋依赖散射效应”。
自旋极化效应是指磁场改变了电子的自旋方向，进而影响了载流子的散射和运动。
2024年磁阻(GMR)传感器市场前景分析
2024年磁阻(GMR)传感器市场前景分析引言磁阻传感器是一种基于磁电阻效应的传感器，通过测量磁场的变化来检测物体的位置、速度或方向。
其中，磁阻(Giant Magnetoresistance，简称GMR)传感器是目前应用最广泛的一类磁阻传感器。
本文将对磁阻(GMR)传感器市场前景进行分析，包括市场规模、发展趋势以及应用领域。
磁阻(GMR)传感器市场规模根据市场研究公司的数据，磁阻(GMR)传感器市场在过去几年中保持了快速增长的趋势。
随着物联网、汽车电子以及消费电子等领域的快速发展，对于高性能、小尺寸、低功耗的传感器需求不断增加，这为磁阻(GMR)传感器的市场提供了巨大的机遇。
根据预测，磁阻(GMR)传感器市场规模将在未来几年中继续扩大。
据估计，到2025年，全球磁阻(GMR)传感器市场的价值将超过XX亿美元。
磁阻(GMR)传感器市场发展趋势1. 技术进步推动市场发展磁阻(GMR)传感器的核心技术不断进步，提升了传感器的灵敏度、精度和稳定性，使其在各个领域的应用更加广泛。
例如，新一代的磁阻(GMR)传感器可以实现微米级位移测量以及纳秒级响应时间，满足了高精度测量的需求。
2. 自动驾驶汽车市场需求推动发展随着自动驾驶技术的迅猛发展，对于安全感知系统的需求不断增加。
磁阻(GMR)传感器在自动驾驶汽车中可以用于检测车辆周围的磁场变化，实现车辆的定位和行驶安全监测。
预计随着自动驾驶汽车市场的快速扩大，磁阻(GMR)传感器在汽车电子领域的应用将得到进一步推动。
3. 消费电子市场需求持续增长消费电子产品的快速普及和更新换代，对于更小、更高性能的传感器需求不断增加。
磁阻(GMR)传感器由于其小尺寸、低功耗和高灵敏度等特点，已经在智能手机、平板电脑等产品中得到广泛应用。
未来随着可穿戴设备、虚拟现实和增强现实技术的普及，磁阻(GMR)传感器在消费电子领域的市场需求将进一步扩大。
磁阻(GMR)传感器应用领域磁阻(GMR)传感器具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1.汽车电子：磁阻(GMR)传感器可用于汽车导航、车辆定位、倒车雷达等系统中，提供精准的位置和距离测量。
巨磁阻传感器原理及应用
目录
• 巨磁阻传感器原理 • 巨磁阻传感器的应用领域 • 巨磁阻传感器的发展趋势 • 巨磁阻传感器的挑战与解决方案 • 巨磁阻传感器的未来展望
01 巨磁阻传感器原理
巨磁阻效应
巨磁阻效应
当电流在某些特殊材料的薄膜中流动时，磁场对电流的影响会变得异常大，这种现象被称 为巨磁阻效应。
04 巨磁阻传感器的挑战与解 决方案
温度稳定性问题
总结词
温度稳定性是巨磁阻传感器的重要性能指标，直接影响到传感器的测量精度和使用寿命。
详细描述
巨磁阻传感器在高温环境下，其磁阻值会发生变化，导致测量结果失真。为了解决这一问题，可以采 用温度补偿技术，通过在传感器中加入温度传感器和温度补偿电路，对温度变化引起的磁阻值变化进 行修正，提高传感器的温度稳定性。
尺寸
减小巨磁阻传感器的尺寸有助于集成 到更小的设备中，从而推动其在物联 网、智能穿戴等领域的应用。
集成化和智能化
集成化
将多个巨磁阻传感器集成到一个芯片上，可以实现多轴磁场测量，提高测量效 率和精度。
智能化
通过与微处理器等智能芯片集成，巨磁阻传感器可以实现自动校准、数据存储 和无线传输等功能，提高其实用性和便利性。
磁性编码器
总结词
巨磁阻传感器在磁性编码器中用于检测旋转或线性运动的物体的位置和速度。
详细描述
磁性编码器利用磁性材料和巨磁阻传感器的结合，检测旋转或线性运动物体的磁 场变化，并将其转换为电信号。巨磁阻传感器的高灵敏度和稳定性使得磁性编码 器广泛应用于各种运动控制系统，如电机控制、机器人等。
磁性随机存取存储器（MRAM）
交叉轴效应和线性范围限制
总结词
交叉轴效应和线性范围限制是巨磁阻传感器在实际应 用中面临的常见问题。
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的空隙必须减至最小 磁阻电桥位于 2SS52M 系列组合件的上死点附近以提高灵
敏度 通过将空隙减至最小使传感器的高斯值得以提高 第三 施加在传感器 上的磁场强度应为最大 磁场在正确对准后工作 其方位和强度将影响传感器
MR 电桥
灵敏度 图 5 所示为传感器由于模式而在一个滑动触头上使用时获得最大灵敏
ห้องสมุดไป่ตู้
图4
磁阻率:
磁阻率是指材料在磁场的作用下改变电阻的能力 存在数个不同的磁阻效应 但霍尼韦尔传感器使用的是 各向异性磁阻(AMR)效应 此效应发生在包括透磁合金在内的铁质材料中 透磁合金是镍与铁的合金 早在 20 世纪早期就被用作变压器设计中的传感材料 对机械应力的低敏感性和对磁场的高敏感性使传感器可用于从磁 力计到汽车引擎的广泛应用中
图5
度的位置 当传感器无论靠近哪个磁极时 磁场都会改变方向 使灵敏度降低
这将随各种应用中传感器方位和磁铁类型的不同而有所变化
磁阻效应与霍尔效应的比较:
下面比较了硅片中的霍尔效应与透磁合金薄膜中的磁阻效应 两
霍尔效应传感器
磁阻传感器
种技术都可用于集成电路的制造 也可以用于制造全集成的单片传感
器 两种效应都会在非时变磁场中发生 并可用来构造零速传感器
% R/Ri
典型的磁控电阻器 饱和区
线性操作区
外部磁场 图1
透磁合金的特性:
图 2 所示为一个长而薄的透磁合金薄膜 电流沿着薄膜 长度方向流动 当施加一个外部磁场(B)时 薄膜的电阻变化 与 磁 化 强 度 矢 量 (M)和 电 流 矢 量 (I)之 间 夹 角 θ的 正 弦 平 方 成 正 比(θ在 XZ 面内) 磁化强度矢量是薄膜的内部磁场与施加的外 部磁场的总净和 内部磁场是由薄膜性质 设计的几何形状及 制造工艺等因素而产生的 在应用环境可能的情况下 通过在 一个磁性象限(四分之一圆)(即 仅显示磁铁的单磁极)中工作 可将薄膜所显示的一些磁滞现象(切换点变化)减至最小 AMR 效应对如前所述(与θ角的正弦平方成正比)的平面内(XZ 面)的 外部磁场分量 Bx 和 Bz 作出响应 图 3 所示为 YZ 面内的旋转 角度不一致将减小与α余弦成正比的电阻变化(α在 YZ 面内)
有高线性响应 而无饱和效应 霍尔效应薄膜会对传感器的法向磁场作出响应而不对切向场作出响应 如图 6
所示 这是霍尔效应和磁阻效应传感器间主要应用方面的区别
磁阻应用:
霍尼韦尔小巧高灵敏度的全向极性 2SS52M-系列磁性传感器对于汽缸位置传感应用来说几乎已成为一种工 业标准模块 许多其它应用也可获益于这些独特的优点: 小型 高灵敏度性 宽的电压范围和宽的温度使用范 围 另外 它与霍尔效应传感器相比还有一个更长的传感距离和更低的高斯值动作 可与较低成本的磁铁一起 使用
电机过载传感器
功率损耗检测以及工业工艺
* 注 意: 未按比例制图 实际尺寸参阅 2SS52M 系列 M-图纸或产品目录表
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外部磁场(B) 透磁合金薄膜
电流方向(1) 图2
外部磁场(B)
图3
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但是 MR 的敏感性约是硅片中霍尔效应的 100 倍 而且 通过选择薄
膜厚度和线宽还可对其敏感度进行调节 在用环形磁铁计算转速的应
图6
用中 用 MR 效应代替霍尔效应的传感器有另一个优点是 由于 MR
传感器的全向极性(使用 N 极或 S 极工作)而使分辨率翻倍 尽管霍尔效应所具有的优点是 它对极强的磁场具
获得最大灵敏度:
霍尼韦尔的 2SS52M 系列磁阻位置传感器是我们最新的为低高斯磁传感应
用设计的芯片 为使 2SS52M 传感器的灵敏度提高到最大 须满足三个主要应用
特性 首先 传感器与磁场应在同一平面上对准 图 4 所示为获得最大灵敏度
时的对准位置 任一个磁极都能产生相同的结果 其次 传感器与磁化强度间
2SS52M 系列传感器的典型应用如下:
气压缸中的汽缸位置传感 电梯传感器 膝上型电脑的盖传感器 数字电流传感 用于: 过载电路保护 红绿灯烧毁检测
过程监控 材料装卸设备(自动装卸车)的位置传感器 工业或汽车业应用的齿轮传感器 货车/公交车的残疾人升降机 铁磁目标的低成本工业接近传感器 血液分析仪 各种磁性编码器
磁响应:
一个专用磁控电阻器的磁响应可以 电 阻 变 化 ( R)与 薄 膜 额 定 电 阻 (Ri)的 比 率来表示 图 1 图示了几个 AMR 效应的 性质 首先我们可以注意到其极性不灵 敏 对正磁场的响应与对负磁场的响应相 同 其次 有一个相当线性的区域 但当 外部磁场的绝对值超过一个特定值时 该 效应趋于饱和(平缓) 如透磁合金等铁磁 材料具有磁化强度 或为每单位体积磁 距 此磁化强度是定义在材料每个点上的 矢量 正是由于外部磁场改变了电阻 致 使磁化强度矢量偏离电流方向 这将在后 面作详细讨论 对极性敏感的应用 通过 外部磁场使磁化强度矢量转离电流方向 或者在传感器设计结构中电流转离磁化 强度矢量都可使薄膜偏置在曲线的线性 区内