強(qiáng)磁性金屬薄膜磁敏電阻特性研究

強(qiáng)磁性金屬薄膜磁敏電阻特性研究

一、總結(jié)強(qiáng)磁性金屬膜磁敏電阻是一種新型的磁敏電阻器，具有多種屬性，應(yīng)用廣泛。根據(jù)不同的屬性，有不同的應(yīng)用。因此，在應(yīng)用中應(yīng)掌握這些特征。二、磁體電阻的結(jié)構(gòu)和性能1、結(jié)構(gòu)磁性金屬薄膜磁敏電阻的結(jié)構(gòu)就是一個(gè)電阻分壓器，即磁敏傳感器，如圖1，等效電路如圖2所示。2、磁敏電阻hr⑴當(dāng)磁敏電阻圖形平面與磁力線方向平行時(shí)，對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度敏感，垂直則不起作用。⑵與磁力線方向的關(guān)系當(dāng)流過(guò)磁敏電阻的電流方向與磁力線方向平行時(shí)，其阻值（R∥）較大。當(dāng)流過(guò)磁敏電阻的電流方向與磁力線方向垂直時(shí)，其阻值（R┻）較小。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H增大到一定值HS（飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度）時(shí)，磁敏電阻阻值不再增大或減小。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度增大后再減小到零磁場(chǎng)時(shí)，磁敏電阻值不回到原值，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度減小到某一個(gè)值Hr（可逆磁場(chǎng)強(qiáng)度）時(shí)，磁敏電阻才發(fā)生變化，這種現(xiàn)象是由磁性材料的矯頑力Hc產(chǎn)生的磁滯作用造成的。Hs和Hr因制造的材料和工藝條件不同而異，如日本索尼公司的DM-106型Hs約為30mT，國(guó)產(chǎn)RCM01型的Hs為50mT～80mT。由圖3可見(jiàn)Hr到Hs段為很好的線性段。當(dāng)磁力線方向與磁敏電阻圖形在同一平面上，RA和RB有如下關(guān)系：式中，è—磁力線與磁敏電阻所成的角度。式中，?R=R-R┻；⑶頻率響應(yīng)10MHzㄢ⑷全電阻溫度系數(shù)≤3×10-3/℃。⑸輸出電壓溫度系數(shù)≤-3×10-4/℃，具有溫度自補(bǔ)償作用。⑹功耗100mWㄢ⑺工作溫度范圍-60℃～200℃。三、應(yīng)用技術(shù)的實(shí)例1、有磁信號(hào)時(shí)vo不恢復(fù)vo強(qiáng)磁性金屬薄膜磁敏電阻在開(kāi)關(guān)量的典型應(yīng)用實(shí)例是磁敏無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，它具有動(dòng)作距離大、工作溫度范圍寬、抗沖擊振動(dòng)和頻率響應(yīng)高等特點(diǎn)，其輸出高電平很高接近電源電壓，低電平很低接近零伏。它的應(yīng)用范圍非常廣泛，可用于各種傳感器及各種自動(dòng)控制與檢測(cè)設(shè)備中。典型應(yīng)用電路如圖4ㄢ⑴應(yīng)用時(shí)要使Rb/Ra比R1/R2大1～2%，無(wú)磁信號(hào)時(shí)Vo為低電平，有磁信號(hào)時(shí)Vo為高電平。如果R1和R2與R∥和R┻搭配不合理則不會(huì)達(dá)到開(kāi)關(guān)作用，會(huì)出現(xiàn)有磁信號(hào)時(shí)Vo不翻轉(zhuǎn)或有磁信號(hào)時(shí)Vo翻轉(zhuǎn)，但去掉磁信號(hào)時(shí)Vo不恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)的情況。⑵如要求無(wú)磁信號(hào)時(shí)Vo為高電平，有磁信號(hào)時(shí)Vo為低電平，可將圖4中放大器正負(fù)腳調(diào)換。⑶利R1和R2的比例可調(diào)整磁信號(hào)(磁體)與磁敏電阻(探頭)的動(dòng)作距離大小，比例越小動(dòng)作距離越大，但比例太小會(huì)出現(xiàn)Vo翻轉(zhuǎn)后，去掉磁信號(hào)Vo不恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)的情況。⑷磁敏電阻因磁性材料的矯頑力Hc作用具有磁滯，在搭配R1和R2比例時(shí)要考慮磁滯的影響，否則會(huì)出現(xiàn)Vo翻轉(zhuǎn)后不恢復(fù)的情況，特別在大的動(dòng)作距離下更易出現(xiàn)。⑸制作或使用大動(dòng)作距離的磁敏無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，盡量不讓磁信號(hào)源接近探頭，否則會(huì)出現(xiàn)Vo不恢復(fù)的現(xiàn)象。如果出現(xiàn)不恢復(fù)情況可將磁信號(hào)的磁力線方向改變90°并接近探頭，即可恢復(fù)（即去掉了剩磁）。⑹如要求更大的動(dòng)作距離，可采用巨磁，此時(shí)動(dòng)作距離可達(dá)500mm。⑺磁敏電阻的功耗是100mW,在制作和使用磁敏無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)時(shí)，選用電源電壓要根據(jù)磁敏電阻原阻值大小而定，一般在5VDC～24VDC之間。2、電源電壓安裝時(shí)磁敏角位移傳感器工作原理(1）磁敏角位移傳感器磁敏角位移傳感器具有靈敏度高、分辨率強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，它不僅能對(duì)轉(zhuǎn)體進(jìn)行角度測(cè)量和自動(dòng)控制，還可制成坡度儀，并可用于航天、航海磁羅盤(pán)、舵角儀、控制器和執(zhí)行器、設(shè)備診斷等。因?yàn)殪`敏度高，其可對(duì)地磁場(chǎng)進(jìn)行直接測(cè)量。其典型應(yīng)用電路如圖5所示。該傳感器的電路輸出電壓增量（Vo1—Vo2）按公式（4）變化，其特性曲線為一正弦函數(shù)曲線。(1)從公式⑷可看出，在Vcc不變的條件下，磁敏角位移傳感器的輸出電壓的增量只因角度è變化而變化。(2)磁敏角位移傳感器必須在大于或等于飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度下工作。(3)磁敏角位移傳感器用于精密計(jì)量和檢測(cè)，在使用時(shí)必須在通電5分鐘后進(jìn)行調(diào)零。(4)從公式⑷可看出，磁敏角位移傳感器的輸出電壓的增量與電源電壓Vcc成正比，雖然電源電壓選定后是個(gè)常數(shù)，但磁敏角位移傳感器靈敏度很高，在使用時(shí)必孟慶波須保證電源電壓的穩(wěn)定和精度，在用電池作電源時(shí)要經(jīng)常調(diào)線路中電壓調(diào)解電位器，必要時(shí)可更換電池。(5)在定位磁敏角位移傳感器零位時(shí)，一定要使磁力線方向與磁敏電阻的電流方向夾角è=45°，此時(shí)輸出電壓的增量為零。(6)從公式⑷可看出，磁敏角位移傳感器輸出特性曲線是一條正弦函數(shù)曲線，其峰峰值角度變化值是45°，如果要測(cè)量并顯示2nπ角度，必須在二次表線路中根據(jù)公式⑷進(jìn)行軟件處理；如果直接進(jìn)行線性檢測(cè)或控制則只能在0°～40°或+20°的范圍內(nèi)，其線性度為1%（即峰峰值削波后中間一段）。(7)如不進(jìn)行軟件處理又要擴(kuò)大量程，可在磁敏電阻上貼一塊磁鋼（預(yù)置一個(gè)磁信號(hào)），并使磁力線方向與磁敏電阻的電流方向的夾角θ=45°，此時(shí)被測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)磁信號(hào)（轉(zhuǎn)動(dòng)磁體）的磁力線方向與預(yù)置磁信號(hào)的磁力線方向的矢量和便是磁敏電阻接受的磁信號(hào)角度變化量，這樣可使測(cè)量范圍擴(kuò)大到0°～80°或+40°。(2）磁敏線位移傳感器磁敏線位移傳感器是利用磁敏電阻對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度敏感的特性，并根據(jù)其在圖3中Hr到Hs段的磁特性制成的。它具有靈敏度高和分辨率強(qiáng)（可達(dá)1%μm）的特點(diǎn)，可用于對(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行精密測(cè)量和自動(dòng)控制。(1)信號(hào)的磁體N極或S極必須對(duì)準(zhǔn)磁敏電阻的端部，否則靈敏度不高，線性度不好，測(cè)量不準(zhǔn)確。(2)如要擴(kuò)大動(dòng)作距離即擴(kuò)大測(cè)量長(zhǎng)度，可先預(yù)置一個(gè)磁信號(hào)，使磁力線方向平行于磁敏電阻的管腳軸線方向，此時(shí)若動(dòng)作磁體極性與預(yù)置磁體極性同相，則線位移傳感器輸出信號(hào)增大，反之則減??；也可采用巨磁來(lái)擴(kuò)大動(dòng)作距離。(3)如移動(dòng)信號(hào)不用