磁敏电阻传感器的应用与研究1

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1、磁敏电阻传感器的应用与研究摘要：磁敏电阻传感器是由磁敏电阻组成的的一种新型传感器，而磁敏电阻是一种基于磁阻效应的电阻体，它是在外磁场各个方而的作用下改变自身的阻值大小的。它具有体积小、灵嫩度高、反应迅速、测量非接触，对环境要求使用低等优点，因此可以用來解决自动化和测量屮的许多难题。关键词：磁敏;传感器；锐化锢；半导体；强磁性；一、传感器的分类磁敛电阻传感器是以磁敬屯阻作为敏感元件构成的，其核心主要是磁敏电阻。磁敏电阻是一种高性能的磁敏感元件。其主要性能表现在磁敏电阻施加电场时，其电阻值比未施加电场时发生了明显的变化。对于磁敏电阻，到目前为止，一

2、些国家所研发的磁敏电阻种类颇多，其名称也极不统一。例如，日木的“索尼”公司就有“磁敏二极管”和“磁敏电阻”之分;西德的“西门子”公司称为“磁皱半导体”；还有的公司把它叫做“场片”和“磁可控固体电阻”，还有其它的叫法等等。但是随着其使用的领域和范I韦I扩大，名称慢慢统一起来，趋于统一的叫法就是现在的“磁敏电阻”。［1］而用磁敏电阻构成的传感器种类也不少。目前按使用材料可将其分为两类：一类是用半导体材料构成的磁敏电阻传感器；另一类是用强磁性薄膜材料构成的磁敏电阻传感器。下面就简单介绍这两种磁敏电阻。1、半导体型磁敏电阻半导体磁敏电阻有是三个组成部分

3、，分别是基片、半导体电阻条(内含短路条)和引线。首先是基片，別称衬底，一般是用0」~0.5mm厚的云母、玻璃作成的薄片，也有使用陶瓷或经氧化处理过的硅片作基片的；其次是电阻条，它一般是用僦化锢(InSb)半导体材料制成的半导体磁敏电阻条，通常工厂在制造过程中，为了提高磁嫩电阻的阻值，缩小其体积、提高灵皱度，常把它作成如图1所示的结构。最后是引线，它是用外铁磁物质的功50〜lOOum的硅铝丝或们0〜20um的金丝体内引线，而用薄紫铜片等作为外引线，经超声压焊或金丝球焊与芯片连接起来。［2］由锐化钢磁敏电阻构成的传感器的外形呈扁平状，非常薄，这类磁

4、皱电阻主要是利用“霍尔效应”为其作用原理的，而现在外国的一些科学家己经提出了自旋霍尔效应理论，在由绝缘铁磁体的F多层膜，如乍乙铁石榴石(YIG),和一个正常的金加与自旋轨道相互作用，如钠(Pt)oSMR是由自旋霍尔和逆自旋霍尔效应同时作用引起的，因此一个非平衡距离现彖。【8】其半导体磁阻效应包括物理磁阻效应和几何磁阻效应。图12给出半导体型磁敏屯阻传感器的结构和特性。1.1.物理磁阻效应物理磁阻效应又称为磁电阻率效应，表现为半导体片的电阻率随外磁场的变化而变化，其关系式为：其屮pO,pb分别是无磁场和有磁场时的半导体片的电阻率，H是磁场的强度，

5、u是半导体片的电了迁移率。［3］1.2几何磁阻效应对于儿何磁阻效应，与磁敏电阻儿何形状有关的阻值变化为：式中RB和R0分别代表有和无磁场时磁敏电阻的阻值；L和W分别代表磁敏电阻的长度和宽度；()是霍尔角，表示由于洛仑兹力作用使载流子运动偏离远来方向的角度大小；Gi•为与L/W,0有关的几何因子。1.3磁敏电阻性能Insb磁敏电阻的性能主耍有电阻值R、工作电流I、灵敏度磁阻比RB/RO(它们分別代表磁感应强度B为0.3T和无磁场时电阻值)及电阻温度系数。我国研制生产的Insb磁敏电阻其电阻值为儿十〜儿百欧姆，灵敏度磁阻比RB/R0在1.5~3Z间

6、，工作电流为直流1一5mA,电阻温度系数在一0.8%°C左右。［4

7、在应用时一般都采用图3所示的电路。1.4微小位移检测的传感器微小位移检测传感器其结构见图2,将磁敏电阻用胶水或者粘合剂固定于磁化棒的一端；磁化棒是用软磁性材料制成尺寸为4x4X15毫米的方型磁化棒。磁敏电阻的两端用导线引出并焊在端子4上。采取将磁敏电阻直接固定在磁化棒上的方法能够改善其传热性能，使用胶水、粘合剂等密封是为了防止传感器在工作时有机械损伤，并能与外界隔离而减少其至是避免了外界温、湿度、光照等变化的影响。这种传感器的测量原理线路如图3所示。电阻Rg的作用是限制流过磁敏

8、电阻Rm的电流，并使其保持5mA的电流。如呆把磁性装置或磁性触点固定在运动的对彖上，当其与传感器产生相对位移时，穿过传感器中磁敏电阻的磁场强度将发生变化，传感器就输出与位移量相对应的电压信号。当采用积分线路时,所得的电信号必须加以整形和放人，其测量电路如图4所示2强磁性金属薄膜型磁敏电阻强磁性金属薄膜磁敛屯阻是不同于半导体型磁敏屯阻，它是1980年才见报导的新研制出的一种传感器。其结构如图5(a)o它是用鎌■钻合金薄膜制成的。当磁场方向发生变化时，通过它的载流子由于洛伦兹力的作用也使其流通的途径发生变化，进而改变了磁敏电阻的阻值。[5]对于强磁

9、性薄膜磁敏电阻传感器，当载流子所受的洛伦兹力越大，电流的流通途径就越长，其阻值就越人。则当磁场的方向平行于这种磁敏电阻的平面时，其阻值pl最人，而当磁