磁阻传感器HMC1021应用
Ｓ盯／ＲＥＳＥＴ ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｌｏｗ ｃｏｓｔ，ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｓｍａｌｌ ｓｉｚｅ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ
ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ＨＭＣｌ０２１ ｃａｎ ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ—
ｌｙ ｏｆｆｓｅｔ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎｔｍｄｕｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｔｅｎｌｐｅｒａｔｕｒｅ ｄ“ｆｔ．
产品中，而使实施成本降低。根据地面标记器所要
测量的磁场特点，选用可测１维磁场强度的Ｈｏｎ— ｅｙｗｅｌｌ磁阻传感器ＨＭＣｌ０２１，它的测量范围是±
６９ａｕｓｓ（在空气中１９ａｕｓｓ一１０ｅ），可以测量
ｍｇａｕｓｓ精度的磁场。既能满足高精度，高可靠性 的要求，又能降低仪器的成本、功耗和体积。
磁阻传感器磁阻传感器的基础电气元件是惠 斯顿电桥，图１所示为用四个玻莫合金薄膜电阻制
其次，要根据实际的需要决定我们的侧重点， 首先满足系统中最关键的性能指标，再综合考虑频
谱效率、功率效率和误码率这三方面的因素。在 ＧＳＭ系统中，出于商业方面的考虑，需要重点考 虑功率效率以减小手机的体积和功耗。ＧＳＭ中选 取ＧＭｓＫ作为基带信号的调制样式，ＧＭｓＫ具有 幅度恒定、误码率性能良好等优点，具有很高的功 率效率。ｃＤＭＡ下行链路采用的ＱＰｓＫ是一种折 衷的调制样式，它具有比较平均的频谱效率和功率 效率。ＣＤＭＡ上行链路采用的ｏＱＰＳＫ是ＱＰＳＫ 的一种变异方式。（）ＱＰＳＫ和ＱＰＳＫ的频谱效率相 同，但ｏＱＰｓＫ有更好的功率效率。
在磁阻传感器芯片上放置电流带对薄膜进行再 充磁。这种充磁过程是纯电子式的，不需外接笨重 的线圈。
在每次测量时，驱动置位脉冲得到电桥输出 Ｖ。，再驱动复位脉冲得到Ｖ～，计算两次读数相
减的结果‰一［‰。。，一儿（。，］／２作为电桥的
输出。利用这种方法可消除因温度漂移和电路参数 漂移等共模信号造成的影响，从而得出一个与绝对 磁场成正比例的输出。且因此可使用低成本的电子 元件，并且不需要对传感器的平衡输出进行精调。 图２是置复位脉冲的发生电路。
地面标记器中的应用 -仪器仪表学报2004,25(z3)
地面标记器是漏磁通法管道腐蚀缺损检测系统的重要组成部分.Honeywell公司的一维磁阻传感器HMC1021由于其高可靠性、高灵敏度、低成本、低功 耗和小尺寸等特点成为地面标记器传感器的理想选择.而且它具有独特的置/复位功能,能有效消除因温度漂移和电路参数漂移等共模信号造成的影响.
３周浩敏．信号处理技术基础．北京航空航天大学出版社
万方数据
磁阻传感器HMC1021应用
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数：
吴刚， 李一博， Wu Gang， Li Yibo 天津大学
电子测量技术 ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY 2005，(3) 1次
２磁阻传感器的原理与应用
磁阻传感器的特点地面标记器所要测量的磁
场是ＰＩＧ在管道外的漏磁，其磁场范围在地球磁
场范围内，线圈、磁通门、磁阻效应都比较适合的
这个范围的磁场测量。相比而言，磁阻传感器具有
以下优势：
尺寸小；高灵敏度，使传感器可据被测铁磁物 体～段较长的距离；由于内阻抗小，使其对电磁噪
声和干扰不敏感；由于是固态溶液，无转动部件， 使其具有高度可靠性；由于部件能方便的装入插板
引证文献(1条) 1.闵俊锋 利用地磁场确定弹道修正弹的滚转姿态[学位论文]硕士 2006
本文链接：/Periodical_dzcljs200503011.aspx
下载时间：2010年3月25日
参考文献(2条) 1.Tamara bratland.ROBERT BICKING.BHARAT B PANT 磁性传感器的选择和应用 2002 2.1-and 2-Axis Magnetic Sensors HMC1021/1022 Honeywell用户手册
相似文献(2条)
1.期刊论文 吴刚.李一博.胡晓莉.靳世久.Wu Gang.Li Yibo.HU Xiaoli.Jin Shijiu 磁阻传感器在"管道机器人"的
磁阻传感器的置／复位功能［２］ 当玻莫合金薄 膜受到外加磁场作用时，沿此方向电阻有最大的变 化值。当受到强磁场干扰时（大于２０高斯）薄膜磁 化极性会受到破坏，传感器特性也会改变。针对这 一破坏性的磁场，需对敏感元件施加一个瞬态的强 恢复磁场来恢复或保持传感器特性。这一操作是施 加一个置位或复位脉冲。桥输出信号的极性取决于 薄膜内部的磁化的方向，并对称于零磁场的输出。
１０Ｖ
图２置／复位脉冲发生电路
由单片机发出１００Ｈｚ的时钟，经电压比较器 ９ ３ １后，脉冲幅度变为。一１０Ｖ。ＩＲＦ７１０５是集成
一个Ｎ沟道和一个Ｐ沟道Ｍ（＿）ｓ管的集成芯片，通过 外接的两个电容和时钟脉冲的控制产生置／复位脉冲。
信号处理电路设计地面标记器的中央控制处 理器选用Ｃ８０５１Ｆ系５１内核，与Ｍｃ孓５１指令集完全兼 容，其内部集成了高速Ａ／Ｄ转换器，是完全集成 的混合系统级芯片（Ｓｏｃ）。对传感器输出信号进 行放大、滤波、采样电路的原理框图见图３。
参考文献
１ Ｊｈｏｎｇ Ｓａｍ Ｉ．ｅｅ，Ｌｅｏｎａｒｄ Ｅ Ｍｍｅｒ．ＣＤＭＡ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｅｎ— ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｈａｎｄｂｏｏｋ １９９８ Ｊ．Ｓ Ｌｅｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ
２ Ａｇｉｌｅｎｔ Ｄｉｇｉｔａｌ ＭｏｄｕＩａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ ２００１ Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
２０
磁阻传感器ＨＭＣｌ０２１应用
磁阻传感器ＨＭＣｌ０２１应用
吴 刚 李一博 天津大学
摘要 一维磁阻传感器ＨＭＣｌ０２ｌ由于其高可靠性，高灵敏度，低成本，低功耗和小尺寸等特点成为小磁场测量的 理想选择器件。它具有独特的置／复位功能，能有效消除因温度漂移和电路参数漂移等共模信号造成的影响。
关键词磁阻传感器地面标记器
对于长距离管道的漏磁通腐蚀检测，每间隔一 定距离（１～２公里）在管道上方安装一个地面标 记器是非常必要的。它的主要任务就是通过判别磁 信号的幅度和波形确定ＰＩＧ通过其正下方时的准 确时间。该时间值将会作为ＰＩＧ纪录结果的定位 值，是对ＰＩＧ记录数据进行分析从而实现管道腐
万方数据
蚀精确定位的重要依据。
Ｍａ磬ｌｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉＶｅ瓯ｍｓｏｒ ＨＭ［Ｃ１０２１ ａＩＩｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
Ｗｕ Ｇａｎｇ Ｌｉ Ｙｉｂｏ
Ａ随血譬ｃｔ ＭＲ ｓｅｎｓｏｒ ｏｆ ＨｏｎｅｙｗｅＵ ｂｅｃｏｎｌｅｓ ｔｈｅ ｉｄｅａｌ ｃｈｏｉｃｅ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｓｍａｌｌ ｎｌａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ，ｏｗｉｎｇ ｔｏ ｉｔｓ ｈ培ｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，
ＫＩ羽阳ｒｄｓ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｓｅｎｓｏｒ Ａ＿ｂｏｖｅ Ｇｍｕｎｄ Ｍａｒｋｅｒ（ＡＧＭ）
磁场测量可以分为三个范围。在不同的范围 中，能在其环境中处于最佳工作状态的磁性传感器 的类型也不同。第一个磁场范围远大于地球磁场 （如永久磁铁或大电流附近），其范围为１００奥斯特 （ｏｅ）或更高。第二个磁场范围约等于地球磁场或 ｏ．６０ｅ。第三个磁场范围远远小于地球磁场，它们 在１ｍｏｅ或更低范围内。表１给出了用于不同磁场 范围的传感器的类型［¨。
表ｌ用于不同磁场范围的传感器类型
线圈
蒸 黼熊㈣ 麓黪鬻㈣瀚勰㈣ 鬻壤甥㈣ ㈣
磁通Ｉ’ｌ
霉 蒸瓣㈥ 罐鳞戮㈣溅鬻㈥
霍尔效应
糍㈥黼鞲㈣ ㈥
磁阻
ＳＯＵｌＤ
ｉ｜ｌｉ蠹ｌ｜｜ｉｌ麓囊§ 翁燃
㈧ 缫搿㈥ 麓㈣
（１ ０ｅ）
１ 应用背景
’漏磁通法（ＭＦＬ）在管道无损检测技术 （ＮＤＴ）当中是非常常用的一种方法，特别是对长 距离输油管线的检测，应用最为广泛。用漏磁通法 对管道进行腐蚀状况检测的检测器通常被称为“管 道机器人”（ＰＩＧ），地面标记器是埋在管道上方对 ＰＩＧ的行进过程进行精确时间标记的定位仪器。
成的带有一个供电电压Ｖｂ的惠斯顿电桥，供电电
压致使电流通过电
阻器。电桥的四个
电阻是相同的，当
施加外磁场时，其
中处于相对位置的
两个电阻器产生增 量△Ｒ，另外两个电
阻器产生减少量
（４）
△Ｒ。这样，电桥输 图１磁阻传感器的惠斯顿电桥
电子测量技术·２００５年第三期
２１
出的表达式为： △ｙ。。一Ｖ。卜卜一Ｕ。卜＿一（△Ｒ／Ｒ）Ⅵ。
2.会议论文 吴刚.李一博.胡晓莉.靳世久 磁阻传感器在"管道机器人"的地面标记器中的应用 2004
地面标记器是漏磁通法管道腐蚀缺损检测系统的重要组成部分.Honeywell公司的一维磁阻传感器HMC1021由于其高可靠性、高灵敏度、低成本、低功 耗和小尺寸等特点成为地面标记器传感器的理想选择.而且它具有独特的置/复位功能,能有效消除因温度漂移和电路参数漂移等共模信号造成的影响.
３ ３Ｖ— Ｈａｐｐ
ＬＰＦ
Ｖｒｅ’
ｖ孟
一Ｉ置，复位脉冲发‘
ｌ电路（见图２）
Ｊ１０．８Ｊｔ 『ＡＤＣ
ＣｙｇｌｌａＩ ；０５ｌＦｘ
』乙
１００Ｈｚ
图３信号处理电路原理图 由于单片机的ＡＤＣ内部参考电压为２．４Ｖ，
因此，传感器放大电路的设计就必须满足输出电压 。一２．４Ｖ的要求；另外，传感器的输出信号为差动 信号，对噪声不敏感，所以先对信号进行差动放 大，参考电压为１．２Ｖ。传感器输出的差动信号变 化是ｍＶ级的，这就需要放大器的精度高，输入 输出偏移小，ＡＤ６２７是一个理想的选择。信号经 差动放大后，再进行低通滤波和二级放大，就可以 送人单片机进行采样处理了。
参考文献
１ ＴＡＭＡＲＡ ＢＲＡＴＬＡＮＤ，ＲＯＢＥＲＴ ＢＩＣＫＩＮＧ，ＢＨＡＲ— ＡＴ Ｒ ＰＡＮＴ．磁性传感器的选择和应用．仪器仪表与 传感器．２００２．１ｌ
实验十五用磁阻传感器分析和测定地磁场
【实验目的】1.了解磁阻传感器测量磁场的基本原理。
用磁阻传感器测定地磁场的方法。
3.了解地磁场的方向与强度。
【仪器和用具】测量地磁场装置如图一所示。
它主要包括底座、转轴，带角刻度的转盘、磁阻传感器的引线、亥姆霍兹线圈、地磁场测定仪控制主机(包括数字式电压表、5V 直流电源等)图一【实验原理】物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。
对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。
磁阻传感器是由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。
它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图二所示。
薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度和电流方向间的夹角，具有以下关系式θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ （1）其中、分别是电流平行于和垂直于时的电阻率。
当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。
同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系)，使磁阻传感器输出显示线性关系。
磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。
传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥，而非平衡电桥输出后接到一集成运算放大器上，将信号放大输出。
传感器内部结构如图三所示。
图中由于适当配置的四个磁电阻电流方向不相同，当存在外界磁场时，引起电阻值变化有增有减。
因而输出电压out U 可以用下式表示b out U R R U ⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛∆= （2）铝合金带玻莫合金薄膜外加磁场电流θＩＭ外加磁场–+Vout偏置磁场R +△RR +△RR -△RR -△RVb图二 磁阻传感器的构造示意图 图三 磁阻传感器内的惠斯通电桥对于一定的工作电压，如V U b 00.5=，HMC1021Z 磁阻传感器输出电压out U 与外界磁场的磁感应强度成正比关系，KB U U out +=0 （3）（3）式中，为传感器的灵敏度，为待测磁感应强度。
国外引信技术的发展与我们的对策
国外引信技术的发展与我们的对策张河，李豪杰（南京理工大学机电工程学院，南京 210094）摘要：本文结合传感器技术的发展以及对引信技术的推动，对固态传感器、光传感器、磁传感器、陀螺传感器、MEMS 传感器的发展进行了论述，说明了武器系统的发展与传感器的关系，在此基础上，根据国外正在开展的武器系统的研究，以及在近期开展的引信关键技术研究，详细的分析和介绍了MEMS 技术、磁探测技术、硬目标侵彻可编程技术、激光技术在引信中的应用，第二环境力在非旋弹引信中的应用、GPS 与IMU 技术在引信中的应用及多选择技术的发展、感应装定技术的发展等。
介绍了以美国为首的北约集团在近期的引信技术的发展。
特别是美国对引信项目的管理结构、生产程序、发展计划，在分析跟踪的基础上对我国引信科研及管理体制提出了一些设想。
在跟踪研究的基础上，提出了在我国现有的生产制造条件下，应如何开展MEMS 工作和今后的对策和研究设想。
0 引言引信技术的发展与传感器技术的发展密不可分，传感器技术的新成果将首先引入到引信中，本文首先介绍传感器技术的发展。
1 现代传感器的发展1.1 定义中文的传感器来源于英文“Sensor”、“Transducer”，翻译而成的大意是:通过感应或感觉传递,反映外部信息的一种器件或装置,如gauge 量规、压力计、仪表等。
也可以说它是把一种信号形式变换成另一种信号形式以实现信号检测的器件。
在工业、军事领域实际应用中,特别是在机电系统、机器人、引信技术中，主要涉及的是:外界的目标、环境信息→物理信息量→电量。
从结构上传感器可分为:结构型、物性型和智能型。
七十年代之前,主要研究对象是结构性。
如：电阻式传感器R∝L/S，电容式传感器C ∝s/d，电感式传感器L∝dRm/Rm。
七十年代之后,半导体技术的高速发展,推动了物性型传感器的飞速发展。
它是利用材料的物理特性或固体元件的参数的变化而制成。
如：固态传感器和集成传感器。
地磁场的测量
2.2 地磁场的测量
地磁场的数值较小约10−5T 量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知 道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研 中也有着重要用途。本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测定地磁场磁感应强度及地磁场磁感 应强度的水平分量和垂直分量并测量地磁场的磁倾角。由于磁阻传感器体积小、灵敏度高、易 安装，因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景。
- 35 -
2.2 地磁场的测量
图 2-2-4
图 2-2-5
(1)磁偏角α，地球表面任一点的地磁场矢量所在垂直平面（图2-2-5中B ）与Z构成的平 面，称地磁子午面），与地理子午面（图2-2-5中X、Z构成的平面）之间的夹角。
(2)磁倾角β，磁场强度矢量B与水平面（即图2-2-5的矢量B和OX与OY构成平面的夹角） 之间。
Uout = Ub × (∆R/R)
(2-2-2)
式中Ub是电桥的工作电压，∆R/R是外磁场引起的磁电阻阻值的变化。
对于一定的工作电压如Ub = 5.00V ，HMC1021Z磁阻传感器输出电压Uout与外界磁场的磁 感应强度成线性关系，即
Uout = U0 + KB
(2-2-3)
- 33 -
2.2 地磁场的测量
HMC1021Z磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。
传感器由四条铁镍合金磁电阻构成一个非平衡直流电桥，非平衡电桥输出部分接集成运算放大
器，将信号放大输出，如图2-2-2所示。由于适当配置的四个磁电阻电流方向不相同，当存在外
界磁场时，引起电阻值变化有大增有减。因而输出电压Uout可以用下式表示：
式中N 为线圈匝数，I为线圈流过的电流强度，R为亥姆霍兹线圈的平均半径，µ0为真空磁导 率。
磁阻传感器测量地磁场的实验数据处理
磁阻传感器测量地磁场的实验数据处理魏奶萍【摘要】介绍了磁阻传感器的实验原理，用计算机origin软件对实验数据进行曲线拟合，拟合结果与传统最小二乘法处理数据相吻合。
计算了霍尔灵敏度和西安市区地磁场的大小，误差较小。
%The principle of magnetoresistance sensor experimental is introduced.The data measured in the ex-periment are carried out curve fitting by the origin software. The experiment result shows an excellent accord-ance with the result of data processing by traditional least square method,hall element sensitivity and Xi’ an urban earth-magnetic are calculated,it found that the error is smaller.【期刊名称】《大学物理实验》【年(卷),期】2016(029)003【总页数】3页(P115-117)【关键词】磁阻传感器;地磁场;曲线拟合;数据处理【作者】魏奶萍【作者单位】西安文理学院，陕西西安 710065【正文语种】中文【中图分类】TM936.6地磁场作为一种天然磁源，在航空、卫星、海洋和医学方面有着重要用途。
地磁场的数值比较小，约10-5T量级，但在直流弱磁场测量中，往往需要知道其数值大小，设法消除其产生的影响。
地磁场测量方法主要有磁聚焦法、光磁共振法、磁旋光成像法、电子自旋共振法及霍尔效应法[1-7]，数值处理也常用最小二乘法和泰勒多项式拟合法[8-9]。
随着磁阻传感器的广泛使用，地磁场测量方法显得简单、易行，目前它已成为各大学院校电磁部分选作实验内容之一[9-13]。
Honeywell HMR3400 数字罗盘 说明书
数字罗盘解决方案HMR3400霍尼韦尔HMR3400是专门为航海和精确指南应用而设计的一种数字罗盘解决方案。
霍尼韦尔的磁阻传感器技术连同一个MEMS加速度计，可以提供一个微型、可靠的倾斜补偿电子罗盘。
HMR3400使用从数字罗盘解决方案HMR3300继承而来的一套标准指令，HMR3400的设计可以使其很容易通过一个常规的5V供电电源和一个UART串行数据接口与主系统集成。
霍尼韦尔通过引入创新型的固态磁传感器解决方案，从而保证提供产品的优良品质。
正如所承诺的，这些都是具有高度可靠性、最佳性能的产品。
霍尼韦尔的磁传感器产品能够为您提供最真实可靠的解决方案，值得信赖。
特点优点►紧凑解决方案，封装在一个0.6×1.5英寸的印刷电路板(PCB)上►高精度罗盘►倾斜补偿►低成本►可以采用带式和盘式包装► -40°至+85°C运行温度范围► 8Hz持续数据刷新速率►硬铁补偿功能► 0.5°重复性精度►尺寸窄小、体积小，适用于紧密安装条件和最小布局的限制►±1°水平航向精度►使用一个MEMS加速度计，可以达到±60°的俯仰和侧滚角►大批量、商业OEM(原始设备制造商)设计►大批量OEM装配►适用于消费者和工业环境►快速航向计算，应用于指南►用户驱动的零漏磁场的校准。
►保持一致性的磁阻传感器Honeywell 技术规格参数条件标准值最大值单位最小值航向角精度水平0° 至 ±30°±30°至 ±60° 1.03.04.0度 RMS分辨率0.1 度滞后0.20.4度重复性0.20.4度俯仰和侧滚范围俯仰和侧滚范围±60 度精度 0°至 ± 30°± 30°至 ± 60 0.41.00.51.2度零精度* 水平-20°至 +70°C 热滞后-40° 至 +85°C 热滞后 0.41.05.0度分辨率0.1 度滞后0.2度重复性0.2 度磁场范围最大磁通量密度±2 高斯分辨率0.10.5毫高斯电气输入电压外部调整 4.85.05.2直流电压电流在5.0伏直流电压条件下1524毫安毫安数字接口UART ASCII(1启动, 8 数据, 1 停止, 0奇偶)用户可选择波特率2400 -19200波特数据刷新率持续/选通/平均8 赫兹连接器印制板插座(4-接点) 或 PTH 4 引脚物理尺寸电路板集成0.6 x 1.5 英寸重量 HMR3300 3.75 克环境温度工作贮存-20-55--+70+125*为了达到最佳性能，必需在使用HMR3400前进行零位调整，并经历运行温度限定范围之外的温度暴露。
磁阻传感器与地磁场实验
3．黄一菲、郑神、吴亮、陆申龙，玻莫合金磁阻传感器的特性研究和应用、物理实验。第22卷第4期，2002 ，4：45-48
4．Honeywell公司，固态传感器(磁阻传感器部分)说明书，2001
三．仪器外型
FD-HMC-2型 磁阻传感器与地磁场实验仪
(以下实验讲义和实验结果由复旦大学物理实验教学中心提供)
一．简介
地磁场的数值比较小，约 T量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测定地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量；测量地磁场的磁倾角，从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。由于磁阻传感器体积小，灵敏度高、易安装，因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景。
表5 不同位置及不同结构大楼地磁场水平分量测量结果
测量位置 校园内操场空地 物理楼三楼 复旦科技园区2号楼五楼试制组
金属屏蔽情况 水泥地面无金属 1959年建造
地顶为钢筋水泥，墙为泥砖 2000年建造
全钢筋水泥结构
测得地磁场水平分量
0.341×10 T
0.294×10 T
0.268×10 T磁倾角β 46.0
2．将磁阻传感器平行固定在转盘上，调整转盘至水平(可用水准器指示)。水平旋转转盘，找到传感器输出电压最大方向，这个方向就是地磁场磁感应强度的水平分量 的方向。记录此时传感器输出电压 后，再旋转转盘，记录传感器输出最小电压 ，由 ，求得当地地磁场水平分量 。
3．将带有磁阻传感器的转盘平面调整为铅直，并使装置沿着地磁场磁感应强度水平分量 方向放置，只是方向转900。转动调节转盘，分别记下传感器输出最大和最小时转盘指示值和水平面之间的夹角 和 ，同时记录此最大读数 和 。由磁倾角 计算 的值。
用磁阻传感器测量地磁场
用磁阻传感器测量地磁场地磁场的数值较小约10-5T 量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。
本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测定地磁场磁感应强度及地磁磁感应强度的水平分量和垂直分量；测量地磁场的磁倾角。
由于磁阻传感器体积小、灵敏度高、易安装，因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景[实验目的]1．了解磁阻传感器的特性；2．掌握测量地磁场的一种重要方法。
[实验原理]物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。
对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。
HMC1021Z 型磁阻传感器是由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成的一维磁阻微电路集成芯片，其坡莫合金膜，如图1所示，该薄膜的电阻率ρ(θ)依赖于磁化强度M 和电流I 方向的夹角θ ，具有以下关系式θρρρθρ2cos )//()(⊥⊥-+=(1)其中⊥ρρ、//分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。
当沿着坡莫合金膜的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，坡莫合金膜的电阻值会发生较大的变化，利用这一变化，可以测量磁场的大小和方向。
HMC1021Z 磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。
传感器由四条铁镍合金磁电阻构成一个非平衡直流电桥(关于直流电桥，请阅实验 )，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出，如图5-50所示。
由于适当配置的四个磁电阻电流方向不相同，当存在外界磁场时，引起电阻值变化有增有减。
因而输出电压U out 可以用下式表示：/b U U R R =⨯∆(2)式中U b 是电桥的工作电压，∆R/R 是外磁场引起的磁电阻阻值的相对变化。
磁阻传感器HMC1021应用
图２置／复位脉冲发生电路
由单片机发出１００Ｈｚ的时钟，经电压比较器 ９ ３ １后，脉冲幅度变为。一１０Ｖ。ＩＲＦ７１０５是集成
一个Ｎ沟道和一个Ｐ沟道Ｍ（＿）ｓ管的集成芯片，通过 外接的两个电容和时钟脉冲的控制产生置／复位脉冲。
信号处理电路设计地面标记器的中央控制处 理器选用Ｃ８０５１Ｆ系列单片机，它具有与８０５１兼 容的高速ＣＩＰ一５１内核，与Ｍｃ孓５１指令集完全兼 容，其内部集成了高速Ａ／Ｄ转换器，是完全集成 的混合系统级芯片（Ｓｏｃ）。对传感器输出信号进 行放大、滤波、采样电路的原理框图见图３。
成的带有一个供电电压Ｖｂ的惠斯顿电桥，供电电
压致使电流通过电
阻器。电桥的四个
电阻是相同的，当
施加外磁场时，其
中处于相对位置的
两个电阻器产生增 量△Ｒ，另外两个电
阻器产生减少量
（４）
△Ｒ。这样，电桥输 图１磁阻传感器的惠斯顿电桥
电子测量技术·２００５年第三期
２１
出的表达式为： △ｙ。。一Ｖ。卜卜一Ｕ。卜＿一（△Ｒ／Ｒ）Ⅵ。
参考文献
１ ＴＡＭＡＲＡ ＢＲＡＴＬＡＮＤ，ＲＯＢＥＲＴ ＢＩＣＫＩＮＧ，ＢＨＡＲ— ＡＴ Ｒ ＰＡＮＴ．磁性传感器的选择和应用．仪器仪表与 传感器．２００２．１ｌ
２ １一ａｎｄ ２一Ａ】【ｉｓ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｓ ＨＭＣｌ０２１／１０２２（Ｍ）， Ｈｏｎｅ）ｗｅｌｌ用户手册
－。¨¨一＋’¨¨｜＿·‘岫·．，。ｑ¨¨·’嘶．＿ｐ“¨¨…”‰ｌＩⅣ·’Ｈ‰一－。¨¨·－ｐ。¨¨¨．‘‘岫Ｉｔｐ“Ⅶ¨＿·’‰．＿，”Ⅶ－．一一”＂¨·＿一…¨ｎ．ｍ。¨¨·－¨·‘¨¨Ｊ－一·“Ⅶ－．＊－·‘‰．．．…‰·－‘。＂¨¨＿‘‘¨¨¨Ｐ。¨¨··ｄ－”‰－·“¨¨‘‘－·。岍Ｊ＇
霍尼韦尔商业开关与传感器说明书
14Honeywell/Commercial Switch&Sensor 霍尼韦尔商业开关与传感器特点侧接收塑料封装TTL/LSTTL/CMOS 兼容反向逻辑输出线性或旋转编码器应用分辨率为0.229mm具有灵敏度温度补偿机械结构上和光谱上与SEP8506和SEP8706LED 相匹配HLC2701专为感测机械运动的速度和方向而设计。
应用包括旋转编码器或线位移编码器。
特别适用于光学鼠标中的编码器。
探测器为单片集成电路包括两个非常靠近的光电二极管、放大器和施密特触发器输出单元。
输出为NPN 集电极带10K Ω上拉电阻，可直接驱动TTL 负载。
探测器中具有灵敏度温度补偿电路，来补偿由于温度变化LED输出功率的漂移。
集成电路封装在一个模压不透光的黑色塑料壳中，可以透射红外能量，而阻挡可见光的透射。
集成电路的敏感区每个宽0.203mm,高0.381mm ，间隔0.0254mm,中心到中心的间隔为0.203mm ，外部边缘到边缘的距离为0.432mm 。
电参数参数供电电压导通辐射阈值迟滞供电电流高电平输出电压（A 和B)低电平输出电压（A 和B)输出上升时间和下降传播延迟，低－高，高－低符号Vcc E eT HYST Icc V OH V OL t r ,t f t PLH , t PHL 最小值 4.5 0.05 2.4典型值 28 100 5最大值 5.5 2.0 7.0 0.4 单位V mW/cm2 % mA V V ns µs 测试条件Vcc=5V Vcc=5.25V Vcc=5V,I OH =0,Ee=0Vcc=5V,I OL =1.6mA,Ee=2.0mW/cm2Vcc=5V,R L =1Kohm Vcc=5V,R L =1Kohm 功能框图外形尺寸图，单位为英寸（毫米）SUNSTAR传感与控制/TEL:0755-********FAX:0755-********E-MAIL:**************SUNSTAR自动化/TEL:0755-********FAX:0755-********E-MAIL:**************公司由传感器销售部、仪表销售部、工程部和总务部四个部组成。
地磁场测定实验
地磁场测定实验地磁场的数值比较小，约510-T 量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。
本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测量地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量；测量地磁场的磁倾角，从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。
由于磁阻传感器体积小，灵敏度高、易安装，因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景。
一、实验目的（1）了解磁阻传感器的各向异性磁阻效应 （2）掌握测量地磁场的定标及测量原理和方法（3）熟练使用最小二乘法拟合 二、实验原理物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。
对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。
HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。
它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图1所示。
薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ （1）其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。
当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。
同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带，一条是置位与复位带，该传感器遇到强磁场感应时，将产生磁畴饱和现象，也可以用来置位或复位极性；另一条是偏置磁场带，用于产生一个偏置磁场，补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时，磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系)，使磁阻传感器输出显示线性关系。