TMR傳感器
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- 發(fā)布時(shí)間:2015/1/29 12:04:40
- 作者:銀河電氣
定義
TMR(Tunnel MagnetoResistance)傳感器:隧道磁電阻傳感器
TMR傳感器是近年來(lái)開(kāi)始工業(yè)應用的新型磁電阻效應傳感器,其利用的是磁性多層膜材料的隧道磁電阻效應對磁場(chǎng)進(jìn)行感應,廣泛用于現代工業(yè)和電子產(chǎn)品中以感應磁場(chǎng)強度來(lái)測量電流、位置、方向等物理參數。
TMR效應基于電子的自旋效應,在磁性釘扎層和磁性自由層中間間隔有絕緣體或半導體的非磁層的磁性多層膜結構,由于在磁性釘扎層和磁性自由層之間的電流通過(guò)基于電子的隧穿效應,因此稱(chēng)這一多層膜結構稱(chēng)為磁性隧道結(MTJ, Magnetic Tuunel Junction)。這種磁性隧道結在橫跨絕緣層的電壓作用下,其隧道電流和隧道電阻依賴(lài)于兩個(gè)鐵磁層(磁性釘扎層和磁性自由層)磁化強度的相對取向。當磁性自由層在外場(chǎng)的作用下,其磁化強度方向改變,而釘扎層的磁化方向不變,此時(shí)兩個(gè)磁性層的磁化強度相對取向發(fā)生改變,則可在橫跨絕緣層的的磁性隧道結上觀(guān)測到大的電阻變化,這一物理效應正是基于電子在絕緣層的隧穿效應,因此稱(chēng)為隧道磁電阻效應(TMR ,Tunneling Magnetoresistance )。也就是說(shuō)TMR磁傳感器是利用磁場(chǎng)的變化來(lái)引起磁電阻變化,另一方面,我們可以通過(guò)觀(guān)測TMR磁傳感器的電阻變化來(lái)測量外磁場(chǎng)的變化。所以我們可以認為T(mén)MR傳感器就是一個(gè)電阻,只是TMR傳感器的電阻值隨外加磁場(chǎng)值的變化,其阻值發(fā)生改變。
01TMR線(xiàn)性磁傳感器
線(xiàn)性磁傳感器采用自旋閥結構的TMR多層膜通過(guò)現代集成工藝制成。器件采用推挽式惠斯通電橋結構設計,能夠有效地補償傳感器的溫度漂移。其內部包含四個(gè)高靈敏度TMR敏感電阻,輸出信號的峰.峰值可達工作電壓的80%,從而降低了許多應用中外部信號放大處理電路的復雜度,在部分應用中甚至不需要進(jìn)行放大,減小了傳感器體積和降低了整體成本。
02TMR電流傳感器
電流通過(guò)導線(xiàn)時(shí)在導線(xiàn)周?chē)鷷?huì )產(chǎn)生磁場(chǎng),磁場(chǎng)的大小正比于導線(xiàn)中電流的大小,因此采用TMR磁場(chǎng)傳感器測量磁場(chǎng)的大小則可以間接地測量導線(xiàn)中電流的大小,傳感單元仍然采用推挽式惠斯通電橋結構,輸出信號的峰峰值可達工作電壓的80%。
03TMR角度傳感器
在傳感器芯片上表面放置一塊磁體,通過(guò)旋轉磁體,該磁體可以在平行于傳感器芯片表面的任意方向產(chǎn)生使TMR芯片飽和的磁場(chǎng)。傳感器中的TMR器件主要由兩磁性層組成,一層是“釘扎層”.磁化方向不受外加磁場(chǎng)影響,另一層是“自由層”,磁化方向隨外加磁場(chǎng)變化,并在外加磁場(chǎng)大小飽和時(shí),與外加磁場(chǎng)方向相同。隧道磁電阻效應使得傳感器電阻隨釘扎層和自由層磁化方向夾角呈余弦關(guān)系變化,所以隨著(zhù)外加磁場(chǎng)角度變化,傳感器的輸出電壓呈正/余弦曲線(xiàn)。由此我們可以通過(guò)傳感器的輸出電壓而得到磁體角度位移的變化。由于正弦或余弦曲線(xiàn)的非單調性,需要兩個(gè)磁敏感方向互相垂直的傳感單元提供的信息來(lái)最終確定磁體的角度。
1、功耗更低,電阻率大、工作電流小,工作電壓低;
2、精度高,靈敏度高、信噪比好、分辨率高、線(xiàn)性好、線(xiàn)性范圍寬;
3、體積小,工藝性好,磁藕合、非接觸、抗干擾能力強、穩定性好,可在油污、灰塵、雨水等惡劣環(huán)境下工作;
4、溫度穩定性好,工作溫度范圍寬,可達200攝氏度;