磁场丈量在工业范畴具有广泛的运用,在磁场的脉冲量,开关量以及线性量的丈量中,运用最为广泛的是霍尔传感器,因为其较低的品种繁多的产品以及较低的本钱,使得霍尔传感器在磁场丈量范畴具有较高的位置。跟着巨磁电阻(GMR)传感器的成功研发,其优胜的功能越来越遭到人们的重视,使得GMR传感器在传统的磁场丈量范畴占有了一席之地。
在磁场丈量范畴,线性量的丈量对磁传感器功能具有比较高的要求。磁传感器的丈量规模,呼应频率,灵敏度以及温度适应性等一系列功能指标都对磁场的丈量具有较大的影响。
比较其他磁传感器,GMR传感器具有较宽的磁场丈量规模,较高的呼应频率和灵敏度以及较强的温度适应性,在磁场线性丈量范畴具有较为显着的优势。
物质在必定磁场下电阻改动的现象,称为磁阻效应。磁性金属和合金资料一般都有这种现象,巨磁阻传感器便是根据这一原理而运用于日子中。
巨磁阻效应
所谓磁阻效应是 指导体或半导体在磁场效果下其电阻值发生改变的现象,巨磁阻效应在1988年由彼得•格林贝格(Peter Grünberg)和艾尔伯•费尔(Albert Fert)别离独立发现,他们因此一起取得2007年诺贝尔物理学奖。研讨发现在磁性多层膜如Fe/Cr和Co/Cu中,铁磁性层被纳米级厚度的非磁性材 料分隔开来。在特定条件下,电阻率减小的起伏相当大,比一般磁性金属与合金资料的磁电阻值约高10余倍,这一现象称为“巨磁阻效应”。
巨磁阻效应能够用量子力学解说,每一个电子都能够自旋,电子的散射率取决于自旋方向和磁性资料的磁化方向。自旋方向和磁性资料磁化方向相同,则 电子散射率就低,穿过磁性层的电子就多,然后出现低阻抗。反之当自旋方向和磁性资料磁化方向相反时,电子散射率高,因此穿过磁性层的电子较少,此刻出现高 阻抗。
如图1所示,两边蓝色层代表磁性资料薄膜层,中心橘色层代表非磁性资料薄膜层。绿色箭头代表磁性资料磁化方向,灰色箭头代表电子自旋方向,黑色 箭头代表电子散射。左图表明两层磁性资料磁化方向相同,当一束自旋方向与磁性资料磁化方向都相同的电子经过期,电子较简单经过两层磁性资料,因此出现低阻 抗。而右图表明两层磁性资料磁化方向相反,当一束自旋方向与第一层磁性资料磁化方向相同的电子经过期,电子较简单经过,但较难经过第二层磁化方向与电子自 旋方向相反的磁性资料,因此出现高阻抗。
图1 巨磁阻效应示意图
巨磁阻电流传感器原理图解
物质的电阻率在磁场中会发生细微改变。这种现象叫磁阻效应(AMR)。某些条件下物质电阻率会随磁场发生较大改变称作巨磁阻效应(GMR)。GMR能够比AMR大一个数量级的灵敏度。巨磁阻效应是一种量子力学和凝聚态物理学现象,是指磁性资料的电阻率在有外磁场效果时较之无外磁场效果时存在巨大改变的现象。根据这个效应的传感器便是巨磁阻传感器。
巨磁阻电流传感器原理图