一、导言
近些年来，跟着科学技能的飞速开展，特别是微电子加工技能，微型核算机技能，信息技能和资料技能的开展，使得综合着各种先进技能的传感器技能进入了一个史无前例的飞速开展阶段。咱们运用InSb－In共晶体薄膜磁阻元件制成了一种新式的振荡传感器。与用一般压电陶瓷片或电感线圈构成的振荡传感器比较，这种传感器的灵敏度更高，频率响应宽，十分适合于在防盗报警设备中运用。
二、InSb－In共晶体磁阻薄膜的特性
磁阻效应是指资料电阻随外加磁场的巨细而改动。半导体磁灵敏资料遭到与电流方向相笔直方向的磁场效果时，因为洛仑兹力的效果，电子活动的方向产生改动，途径加长，从而其阻值增大。磁阻效应分为物理磁阻效应和几许磁阻效应。就物理磁阻效应而言，关于两种载流子（电子和空穴）的迁移率十分悬殊的半导体资料，其间迁移率较大的一种载流子引起的电阻改动可表明为［1］
（ρB-ρ0）/ρ0=△ρ/ρ0=0.275m2B2 （1）
式中，B—外加磁场的磁感应强度；
ρB—磁感应强度为B时的电阻率；
ρ0—磁感应强度为0时的电阻率；
m—该种载流子的迁移率。
为了取得较高的电阻改动率即高的灵敏度，应选用电子迁移率高的锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs）等半导体资料和高磁感应强度的外加磁场。此外，关于主体资料必定的半导体磁敏电阻，它们的形状会对磁阻效应有很大的影响，这称为几许磁阻效应。
三、InSb—In磁阻式振荡传感器的结构及其原理
InSb －In磁阻式振荡传感器的结构如图1所示。它首要由铁磁性金属滚珠、内球面状支承片、绝缘基片、InSb－In磁阻元件MR1和MR2、永久磁铁、3个引脚等组成，别的加上起屏蔽和维护效果的金属外壳和由金属外壳构成的空腔。其间， MR1和MR2是相对放置的一对磁阻元件片，其阻值大致持平，放置在基片下的永久磁铁为MR1和MR2供给一个偏置磁场，能够进步检测的灵敏度。三个引脚别离为电源线、地线和信号输出线。当传感器遭到振荡或移动时，金属滚珠能在空腔中的内球面状支承片上自在振荡或翻滚，而选用这种空腔结构，一方面可减小声波和活动空气的搅扰，另一方面，内球面状支承片能确保金属滚珠基本上保持在MR1和MR2的中心，以进步感应振荡的灵敏度。这样，传感器能习惯任一方向。
已知固定偏磁为Bb，假定金属滚珠遭到外界扰动时，移向MR1的方向，引起磁力线向MR1集合，MR1外表的磁感应强度增大，则MR1中磁感应强度为：
B1=（Bb+△B） （2）
此刻磁阻为RB1。
MR2中磁感应强度为： B2=（Bb-△B） （3）
此刻磁阻为RB2。
InSb－In共晶体薄膜资料的磁阻特性规则是遵照单晶型资料的磁阻特性规则的，可用一元二次三项式表明〔2〕 ： RB/R0=1+aB+bB2 （4）
式中：RB—磁场中磁阻元件的电阻值；
R0—磁感应强度为0时的阻值；
a和b—与InSb磁阻元件的灵敏度有关的系数。
此传感器中，磁阻元件在固定偏磁为Bb时的磁阻为RB0。
将（2）、（3）式别离代入（4）式，可得MR1的电阻R1大于MR2的电阻R2。据此剖析，当金属滚珠移向MR1方向时，MR1的电阻值添加，一起MR2 的电阻值减小，反之亦然。所以，当MR1、MR2组成三端式结构时，能经过检测MR1、MR2中点电压改动得到振荡信号。
四、振荡传感器的信号处理电路
InSb －In磁阻式振荡传感器的灵敏度很高，能够检测到十分弱小的振荡。可是，直接由传感器输出的信号比较弱小，因而在实践运用中需经处理。图2所示的电路可对传感器输出的弱小信号进行扩大处理，图中的IC是常用的低噪声集成运算扩大器，选用2级扩大，算计电压增益为80dB。当传感器检测到外界振荡时，金属滚珠在空腔内移动。假定某一时间，金属滚珠移动到了MR1的上面，这时，MR1阻值增大，MR2阻值减小；反之，则MR1阻值减小，MR2阻值增大。所以，在感应振荡的过程中，MR1和MR2总是一个阻值增大一个阻值减小。因为是稳压源供电，从欧姆定律核算可知，这种一边增大一边减小会使中点的电压改动起伏更大，因而从Vout点可取得较高的输出电压。
当传感器运用在防盗报警设备中时，需要对信号进行进一步的处理，去除一些偶尔的振荡，除掉强度声波信号的搅扰和对振荡的判别等。振荡传感器检测到外界振荡的波形如图3所示，该信号取自信号处理电路的Vout端。经试验检测，图1所示的传感器的输出信号的本底噪声均小于50μV，而从MR1与MR2衔接点处得到的因感应振荡或位移触发输出的信号起伏在300mV以上，信噪比大于60dB。
五、信号处理电路的频率特性
InSb －In共晶体薄膜磁阻的频率规模十分宽，可是振荡传感器的频率响应特性遭到信号处理电路的约束。当信号处理电路中耦合电容C1和C2运用6.8μF的电解电容时，选用0.5mV的正弦波替代感应到的振荡信号，经过运用电路辅助设计软件OrCAD，模仿出了信号处理电路的频率响应特性，如图4所示。在图中，横轴代表频率，单位为Hz；纵轴代表输出电压的巨细，单位为V。由图中能够看出，在7~10kHz的频率规模内，信号的扩大倍数在7000倍以上，所以，信号处理电路的频率响应规模在7~10kHz之内。振荡传感器的检测振荡频率规模首要受信号处理电路的约束，因而，本文的磁阻式振荡传感器检测到振荡的频率规模在7~10kHz。并且经过电路的改善，信任能够把频率下限扩展到1Hz邻近。
六、定论
InSb －In薄膜磁阻式振荡传感器是一种新式的、有用的传感器，其结构简略、体积小、灵敏度高。因为在传感器内没有机械的衔接，所以传感器的运用寿命很长。这种 InSb－In薄膜磁阻式振荡传感器选用7~12V直流电源供电，丈量振荡频率规模为7~10kHz，在没有振荡时输出为近似Vcc/2的直流电压，有振荡时，输出是叠加在Vcc/2上、随振荡巨细而改动的电压信号。
