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TMR传感器

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  • 发布时间:2015/1/29 12:04:40
  • 作者:银河电气
定义
TMR(Tunnel MagnetoResistance)传感器:隧道磁电阻传感器
TMR传感器是近年来开始工业应用的新型磁电阻效应传感器,其利用的是磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应,广泛用于现代工业和电子产品中以感应磁场强度来测量电流、位置、方向等物理参数。
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TMR效应简介

  TMR效应基于电子的自旋效应,在磁性钉扎层和磁性自由层中间间隔有绝缘体或半导体的非磁层的磁性多层膜结构,由于在磁性钉扎层和磁性自由层之间的电流通过基于电子的隧穿效应,因此称这一多层膜结构称为磁性隧道结(MTJ, Magnetic Tuunel Junction)。这种磁性隧道结在横跨绝缘层的电压作用下,其隧道电流和隧道电阻依赖于两个铁磁层(磁性钉扎层和磁性自由层)磁化强度的相对取向。当磁性自由层在外场的作用下,其磁化强度方向改变,而钉扎层的磁化方向不变,此时两个磁性层的磁化强度相对取向发生改变,则可在横跨绝缘层的的磁性隧道结上观测到大的电阻变化,这一物理效应正是基于电子在绝缘层的隧穿效应,因此称为隧道磁电阻效应(TMR ,Tunneling Magnetoresistance )。也就是说TMR磁传感器是利用磁场的变化来引起磁电阻变化,另一方面,我们可以通过观测TMR磁传感器的电阻变化来测量外磁场的变化。所以我们可以认为TMR传感器就是一个电阻,只是TMR传感器的电阻值随外加磁场值的变化,其阻值发生改变。

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几种典型TMR传感器

01TMR线性磁传感器

  线性磁传感器采用自旋阀结构的TMR多层膜通过现代集成工艺制成。器件采用推挽式惠斯通电桥结构设计,能够有效地补偿传感器的温度漂移。其内部包含四个高灵敏度TMR敏感电阻,输出信号的峰.峰值可达工作电压的80%,从而降低了许多应用中外部信号放大处理电路的复杂度,在部分应用中甚至不需要进行放大,减小了传感器体积和降低了整体成本。

02TMR电流传感器

  电流通过导线时在导线周围会产生磁场,磁场的大小正比于导线中电流的大小,因此采用TMR磁场传感器测量磁场的大小则可以间接地测量导线中电流的大小,传感单元仍然采用推挽式惠斯通电桥结构,输出信号的峰峰值可达工作电压的80%。

03TMR角度传感器

  在传感器芯片上表面放置一块磁体,通过旋转磁体,该磁体可以在平行于传感器芯片表面的任意方向产生使TMR芯片饱和的磁场。传感器中的TMR器件主要由两磁性层组成,一层是“钉扎层”.磁化方向不受外加磁场影响,另一层是“自由层”,磁化方向随外加磁场变化,并在外加磁场大小饱和时,与外加磁场方向相同。隧道磁电阻效应使得传感器电阻随钉扎层和自由层磁化方向夹角呈余弦关系变化,所以随着外加磁场角度变化,传感器的输出电压呈正/余弦曲线。由此我们可以通过传感器的输出电压而得到磁体角度位移的变化。由于正弦或余弦曲线的非单调性,需要两个磁敏感方向互相垂直的传感单元提供的信息来最终确定磁体的角度。
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TMR传感器的特点
  1、功耗更低,电阻率大、工作电流小,工作电压低;
  2、精度高,灵敏度高、信噪比好、分辨率高、线性好、线性范围宽;
  3、体积小,工艺性好,磁藕合、非接触、抗干扰能力强、稳定性好,可在油污、灰尘、雨水等恶劣环境下工作;
  4、温度稳定性好,工作温度范围宽,可达200摄氏度;

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