MR傳感器13級(jí) 待用

1、磁電阻式傳感器磁電阻式傳感器 （MR傳感器）傳感器）220()Sa II 鐵磁物質(zhì)中存在著兩類(lèi)電阻鐵磁物質(zhì)中存在著兩類(lèi)電阻 “反?，F(xiàn)象反?，F(xiàn)象”，第一類(lèi)，第一類(lèi)“反?，F(xiàn)反常現(xiàn)象象”中，中，電阻率隨著電阻率隨著磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度而變化而變化，不依賴(lài)于磁場(chǎng)的方向不依賴(lài)于磁場(chǎng)的方向，且對(duì)且對(duì)溫度溫度極為敏感極為敏感，在居里點(diǎn)附近電阻率發(fā)生急劇變化在居里點(diǎn)附近電阻率發(fā)生急劇變化。有人認(rèn)為其電。有人認(rèn)為其電阻率的變化率正比于總磁化強(qiáng)度的平方阻率的變化率正比于總磁化強(qiáng)度的平方I2和某一起始值之差，這個(gè)和某一起始值之差，這個(gè)起始值與自發(fā)磁化強(qiáng)度的平方起始值與自發(fā)磁化強(qiáng)度的平方 成正比，所以成正比，所以2SI一

2、、鐵磁體中的磁電阻效應(yīng)一、鐵磁體中的磁電阻效應(yīng) 第二類(lèi)第二類(lèi)“反常現(xiàn)象反?，F(xiàn)象”叫做磁電阻各向異性效應(yīng)，是叫做磁電阻各向異性效應(yīng)，是thomson在在1857年發(fā)現(xiàn)的。這個(gè)效應(yīng)依賴(lài)于鐵磁體中電流密度年發(fā)現(xiàn)的。這個(gè)效應(yīng)依賴(lài)于鐵磁體中電流密度J與磁化強(qiáng)度與磁化強(qiáng)度I的的相對(duì)取向。這兩種現(xiàn)象的本質(zhì)差別在于，前者基本上只取決于原子相對(duì)取向。這兩種現(xiàn)象的本質(zhì)差別在于，前者基本上只取決于原子中不成對(duì)中不成對(duì)3d電子之間的交換作用力。電子之間的交換作用力。 而后者是鐵磁體技術(shù)磁化的結(jié)果，它與而后者是鐵磁體技術(shù)磁化的結(jié)果，它與自發(fā)磁化強(qiáng)度在晶體內(nèi)的自發(fā)磁化強(qiáng)度在晶體內(nèi)的取向和鐵磁體內(nèi)不同磁相的體積濃度分配有關(guān)

3、取向和鐵磁體內(nèi)不同磁相的體積濃度分配有關(guān)，也就是依賴(lài)于總的，也就是依賴(lài)于總的技術(shù)磁化強(qiáng)度，在理論上可用電子的自旋磁矩與軌道磁矩相互耦合技術(shù)磁化強(qiáng)度，在理論上可用電子的自旋磁矩與軌道磁矩相互耦合和電子和電子d能帶的分裂來(lái)解釋。本節(jié)討論的就是這種效應(yīng)。能帶的分裂來(lái)解釋。本節(jié)討論的就是這種效應(yīng)。磁性物理學(xué)內(nèi)容磁性物理學(xué)內(nèi)容自發(fā)磁化、技術(shù)磁化、應(yīng)用磁學(xué)自發(fā)磁化、技術(shù)磁化、應(yīng)用磁學(xué) 我們首先考查我們首先考查Ni0.9942C0.0058合金。下圖表明了磁化強(qiáng)度合金。下圖表明了磁化強(qiáng)度M平平行或垂直于電流行或垂直于電流I的縱向磁電阻率的縱向磁電阻率11和橫向磁電阻率和橫向磁電阻率。樣品。樣品磁化飽和以后，

4、如果磁場(chǎng)增加至數(shù)千磁化飽和以后，如果磁場(chǎng)增加至數(shù)千Oe，/和和等量地均勻等量地均勻減小，減小，/（H）和）和（H）所呈現(xiàn)的變化規(guī)律幾乎完全一樣。）所呈現(xiàn)的變化規(guī)律幾乎完全一樣。HS/R0NiFe合金和合金和NiCo合金的各向異性磁電阻效應(yīng)直接與合金的各向異性磁電阻效應(yīng)直接與技術(shù)磁化技術(shù)磁化有關(guān)，有關(guān)，從從磁化機(jī)制磁化機(jī)制而言，屬于而言，屬于磁疇磁化矢量的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程磁疇磁化矢量的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程。 為了研究為了研究/0與其它技術(shù)磁參數(shù)的相關(guān)性，我們繼續(xù)考查與其它技術(shù)磁參數(shù)的相關(guān)性，我們繼續(xù)考查 NiFe和和NiCo合金的合金的/0隨合金成份的變化規(guī)律。下圖表示了獲得最大隨合金成份的變化規(guī)律。下圖表示了獲得

5、最大/0的合金成份。對(duì)于的合金成份。對(duì)于NiFe合金，當(dāng)合金，當(dāng)x=0.9時(shí)，所得到的時(shí)，所得到的/0為為5% ，而，而NixCo(1-x)合金。當(dāng)合金。當(dāng)x=0.8時(shí)，時(shí)，/0的最大值為的最大值為6%。 關(guān)于磁電阻效應(yīng)的機(jī)理，至今尚有許多不清楚的地方。磁阻傳感關(guān)于磁電阻效應(yīng)的機(jī)理，至今尚有許多不清楚的地方。磁阻傳感器的原理仍是根據(jù)實(shí)驗(yàn)中所發(fā)現(xiàn)的一些規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)的。器的原理仍是根據(jù)實(shí)驗(yàn)中所發(fā)現(xiàn)的一些規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)的。理論上的缺陷沒(méi)有阻止理論上的缺陷沒(méi)有阻止MR元件的研究和應(yīng)用元件的研究和應(yīng)用塊狀與薄膜塊狀與薄膜34%二、磁性薄膜二、磁性薄膜MR元件的特性元件的特性2211( )sincosRRRIH

6、 有兩種表示磁電阻效應(yīng)的公式，兩式具有相同的形式，只是一有兩種表示磁電阻效應(yīng)的公式，兩式具有相同的形式，只是一個(gè)用電阻值表示，而另一個(gè)則用電阻率表示。我們知道電阻率是個(gè)用電阻值表示，而另一個(gè)則用電阻率表示。我們知道電阻率是材料的固有參數(shù)，而電阻值則是考慮了材料的幾何形狀的結(jié)果。材料的固有參數(shù)，而電阻值則是考慮了材料的幾何形狀的結(jié)果。在下面的分析中，我們均采用電阻值表示式來(lái)描述鐵磁薄膜的磁在下面的分析中，我們均采用電阻值表示式來(lái)描述鐵磁薄膜的磁電阻特性。電阻特性。0111122111122/cossincossincossincossincossinxuEEEJJJEEJJEEJJ 2211(

7、)sincosRRR22112211sincoscossinABRRRRRR 把兩個(gè)磁電阻效應(yīng)完全相同的電阻體（鐵磁金屬薄膜把兩個(gè)磁電阻效應(yīng)完全相同的電阻體（鐵磁金屬薄膜A、B）象圖那樣垂直放置，以象圖那樣垂直放置，以b點(diǎn)為中心將點(diǎn)為中心將RA、RB串聯(lián)起來(lái)，讓電流流串聯(lián)起來(lái)，讓電流流過(guò)過(guò)ac端，這樣就構(gòu)成了三端型端，這樣就構(gòu)成了三端型MR元件，在這種元件中以足夠強(qiáng)元件，在這種元件中以足夠強(qiáng)度的磁場(chǎng)作用于薄膜電阻平面，使元件磁化飽和。將磁場(chǎng)的角度度的磁場(chǎng)作用于薄膜電阻平面，使元件磁化飽和。將磁場(chǎng)的角度的原點(diǎn)取在的原點(diǎn)取在RA的電流方向上，那么這樣三端型的電流方向上，那么這樣三端型MR元件的結(jié)構(gòu)

8、原元件的結(jié)構(gòu)原理圖如圖所示。理圖如圖所示。RA（ ）、）、RB（ ）的關(guān)系為）的關(guān)系為 迂回柵狀迂回柵狀110( )( )( )( )cos222()cos224BABRVVRRVRVRRVRVRRRR111102RRR0R 為退磁狀態(tài)下（為退磁狀態(tài)下（ 或或 =450）的單個(gè)電阻值，也就是）的單個(gè)電阻值，也就是R（ ）在）在一周內(nèi)的平均值。即一周內(nèi)的平均值。即 直流與交流直流與交流dRRR)cossin(21)(220112011)(21RRR11()( )( )ABRRRR 給定激勵(lì)電壓給定激勵(lì)電壓V的情況下輸出電壓的情況下輸出電壓 V正比于正比于 值。我值。我們稱(chēng)該值為各向異性磁電阻系數(shù)

9、。們稱(chēng)該值為各向異性磁電阻系數(shù)。RR /1 10()()()()c o s 222 ()c o s 224BABRVVRRVRVRRVRVRRRRR /RR /金屬 0(%)金屬 0(%)80Ni-20Co2.6630Ni-70 Co3.4090Ni-10Co6.4890Ni- 10Fe4.6070Ni-30Co5.0280Ni-20Fe3.5560Ni-40Co2.5360Ni-40Fe3.7950Ni-50Co5.8370Ni-30Fe2.5040Ni-60Co5.0590Ni-10Cu2.6069Ni-31Pd4.3083Ni-17Pd2.3297Ni-3Sn2.0398Ni-2Mn2.

10、9399Ni-1Al2.2894Ni-6Mn2.4898Ni-2Al2.4095Ni-5Zn2.60+-E-evB電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度E半導(dǎo)體霍爾效應(yīng)半導(dǎo)體霍爾效應(yīng)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度Bz 羅倫茲力羅倫茲力BevFL靜電力靜電力eEFEEFLF 這種這種MR元件和霍爾效應(yīng)元件相比具有如下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)元件和霍爾效應(yīng)元件相比具有如下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn): 1、可靠性高，使用合金材料，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定。、可靠性高，使用合金材料，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定。2、溫度特性好，當(dāng)器件溫度從、溫度特性好，當(dāng)器件溫度從-20+150變化時(shí)，其變化時(shí)，其電阻值呈線(xiàn)性變化，總電阻的溫度系數(shù)為電阻值呈線(xiàn)性變化，總電阻的溫度系數(shù)為+3.010

11、-3/細(xì)細(xì) 分分HBARR )(AR)(BR0009001800270ARBR3、倍頻特性。信號(hào)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周，能夠得到兩個(gè)周期變、倍頻特性。信號(hào)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周，能夠得到兩個(gè)周期變化的正弦波輸出電壓。如圖所示，這一倍頻特性對(duì)于提化的正弦波輸出電壓。如圖所示，這一倍頻特性對(duì)于提高靈敏度是有利的。高靈敏度是有利的。iVRRCV2cos44、靈敏的方向性。下圖所示是外場(chǎng)方向與、靈敏的方向性。下圖所示是外場(chǎng)方向與MR元件平面所呈不同元件平面所呈不同夾角時(shí)的輸出特性。當(dāng)外場(chǎng)垂直于薄膜平面時(shí)，其輸出為零。因夾角時(shí)的輸出特性。當(dāng)外場(chǎng)垂直于薄膜平面時(shí)，其輸出為零。因此，在使用這種傳感器時(shí)，可以利用這一特性將磁敏電

12、阻傳感器此，在使用這種傳感器時(shí)，可以利用這一特性將磁敏電阻傳感器的平面與外界干擾磁場(chǎng)相垂直，就能避免外界磁場(chǎng)的干擾。的平面與外界干擾磁場(chǎng)相垂直，就能避免外界磁場(chǎng)的干擾。 平行于平行于MR元件面內(nèi)的磁場(chǎng)元件面內(nèi)的磁場(chǎng)5、寬的頻帶響應(yīng)。、寬的頻帶響應(yīng)。MR元件的頻響特性如圖所示。元件的頻響特性如圖所示。輸出信號(hào)的大小在極寬的頻帶范圍內(nèi)與頻率無(wú)關(guān)，理論上極限輸出信號(hào)的大小在極寬的頻帶范圍內(nèi)與頻率無(wú)關(guān)，理論上極限頻率為發(fā)生鐵磁共振的頻率。以輸出在頻率為發(fā)生鐵磁共振的頻率。以輸出在10MHz以?xún)?nèi)保持不變的以?xún)?nèi)保持不變的頻率特性來(lái)說(shuō)，幾乎所有位置，轉(zhuǎn)速檢測(cè)都能使用這類(lèi)傳感器。頻率特性來(lái)說(shuō)，幾乎所有位置，轉(zhuǎn)

13、速檢測(cè)都能使用這類(lèi)傳感器。輸出輸出頻率頻率10MHZ06、小的飽和磁場(chǎng)。、小的飽和磁場(chǎng)。cos2VKV 差動(dòng)電橋差動(dòng)電橋0cos2( )24VRVVR?K 直流分量直流分量 兩種輸出形式兩種輸出形式如圖所示，四個(gè)電阻單元如圖所示，四個(gè)電阻單元RA、RB、RC、RD互相垂直，組成一個(gè)電互相垂直，組成一個(gè)電橋。若在橋。若在A、B而端加一直流電壓而端加一直流電壓V，磁場(chǎng)方向和基準(zhǔn)方向成，磁場(chǎng)方向和基準(zhǔn)方向成 角角時(shí)，時(shí)，C、D間的輸出電壓間的輸出電壓V0為為 在三端型在三端型MR元件的基礎(chǔ)上又發(fā)展了四端元件的基礎(chǔ)上又發(fā)展了四端MR元件。元件。02參數(shù)參數(shù)符號(hào)符號(hào)數(shù)值數(shù)值單位單位全阻值全阻值1.4K1

14、.4K電源電壓電源電壓DCDC1212V V輸出電壓輸出電壓270270mVmV飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度H HS S5050O Oc c消耗功率消耗功率103103mVmV溫度系數(shù)（恒流源）溫度系數(shù)（恒流源）-0.05-0.05%/%/頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)010MH010MHz z平直平直日本日本Sony公司的公司的SDE-DM型三端元件型三端元件 三、傳感器的設(shè)計(jì)三、傳感器的設(shè)計(jì) MR元件的設(shè)計(jì)主要包括元件的設(shè)計(jì)主要包括薄膜材料薄膜材料選擇，選擇，元件幾何尺寸元件幾何尺寸，幾何圖形幾何圖形的計(jì)算，的計(jì)算，基片材料基片材料的選擇以及的選擇以及有關(guān)保護(hù)膜有關(guān)保護(hù)膜材料的選材料的選擇等。擇等。 MR元

15、件設(shè)計(jì)的原則一是要根據(jù)使用的要求，使設(shè)計(jì)出的元件設(shè)計(jì)的原則一是要根據(jù)使用的要求，使設(shè)計(jì)出的元件能滿(mǎn)足使用提出的各項(xiàng)指標(biāo)。二是要根據(jù)實(shí)際的加工能元件能滿(mǎn)足使用提出的各項(xiàng)指標(biāo)。二是要根據(jù)實(shí)際的加工能力力,加工成本，在滿(mǎn)足使用要求的情況下，加工成本，在滿(mǎn)足使用要求的情況下，盡可能地減輕工藝盡可能地減輕工藝壓力，降低加工成本壓力，降低加工成本?，F(xiàn)以三端?，F(xiàn)以三端MR元件為例，說(shuō)明設(shè)計(jì)程元件為例，說(shuō)明設(shè)計(jì)程序和在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的有關(guān)問(wèn)題。序和在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的有關(guān)問(wèn)題。線(xiàn)條寬度線(xiàn)條寬度薄膜厚度薄膜厚度WLSLR 全電阻全電阻2R0=1.40.1K 輸出信號(hào)輸出信號(hào)Vpp=140mV 電源電壓電源電壓

16、V=12V（一）薄膜材料的選擇（一）薄膜材料的選擇mvRRVVVV140204%4 . 3122121)0()90(00 NiCo技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)薄膜與塊狀薄膜與塊狀0cos2( )24VRVVR)2/(2121)0(00RRVVV)2/(2121)90(00RRVVV(二二)、基片材料的選擇、基片材料的選擇(三三)、薄膜厚度的確定、薄膜厚度的確定0RR2500A厚度與腐蝕厚度與腐蝕（四）、電阻條寬的確定（四）、電阻條寬的確定oLLRSW通常通常25 m（五）、電阻條總長(zhǎng)及圖形的設(shè)計(jì)（五）、電阻條總長(zhǎng)及圖形的設(shè)計(jì)=1.510-6cm 2R0=1.4K R0=0.7K NiCo合金的電阻率合金的

17、電阻率 cmWRL0 . 310251025. 0105 . 1107 . 0446300LLRSW 由于由于Wnl) 12(LWnnl) 1(可算得可算得n及每條長(zhǎng)度及每條長(zhǎng)度 條數(shù)為條數(shù)為n，每條長(zhǎng)為，每條長(zhǎng)為 ,長(zhǎng)和寬相等，并令條寬長(zhǎng)和寬相等，并令條寬w與間隔相等，與間隔相等，則有則有l(wèi)www四、四、MR元件的制備元件的制備基片金屬化基片金屬化 有選擇性的腐蝕有選擇性的腐蝕 真空蒸發(fā)真空蒸發(fā)光刻板光刻板光刻膠的保護(hù)光刻膠的保護(hù) 基片清洗基片清洗 真空蒸發(fā)真空蒸發(fā)光刻光刻 光刻板光刻板劃片劃片超聲焊超聲焊封封 裝裝基片金屬化基片金屬化有選擇性腐蝕有選擇性保護(hù)光刻膠光刻膠 負(fù)型光刻膠負(fù)型光刻

18、膠光照射光照射 聚合反應(yīng)聚合反應(yīng)分解反應(yīng)分解反應(yīng)可可 溶溶 不可溶不可溶可可 溶溶 不可溶不可溶 正型光刻膠正型光刻膠基基 片片金金 屬屬 膜膜 光光 刻刻 膠膠是什么金屬？是什么金屬？基 片金 屬 光 刻 膠顯影液顯影液基基 片片金金 屬屬 光刻光刻 膠膠受到光照的地方膠被溶化受到光照的地方膠被溶化顯影液顯影液腐蝕、去膠腐蝕、去膠已知金屬圖形和光刻板，求光刻膠的類(lèi)型已知金屬圖形和光刻板，求光刻膠的類(lèi)型金屬圖形金屬圖形玻璃基片玻璃基片遮光部分遮光部分透光部分透光部分玻璃基片玻璃基片金屬膜金屬膜五、五、MR傳感器的輸出電路傳感器的輸出電路0cos2( )24VRVVRVV0RARBVV0RARB

19、0cos2( )4RVVRVV0RR（一）（一）. 恒壓源供電時(shí)電橋的輸出恒壓源供電時(shí)電橋的輸出1R4R3R2R0USUTTTTTTRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR2cos22cos22cos2sincos2cos2cossin01402302112202112124012340cos222SSTU RU RURRRRRRR US24012340cos222SSTU RU RURRRRRRR TTTTTTRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR2cos22cos22cos2sincos2cos2cossin014023021122021121TTTTTTRRRRRRRR

20、RRRRRRRRRRRRRRRR2cos22cos22cos2sincos2cos2cossin014023021122021121TTTTTTRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR2cos22cos22cos2sincos2cos2cossin0140230211220211211R4R3R2R0USU（二）（二）. 恒流源供時(shí)電橋的輸出恒流源供時(shí)電橋的輸出2()ABCADCTRRRR20I2cos2)2cos2(21)2cos2(21000000RlRRRlRRRlUTTI0I0I01R4R3R2R0U0IABCD3、電橋輸出電路、電橋輸出電路恒壓源供電電路如圖所示恒壓源供電電路

21、如圖所示據(jù)以前的分析有據(jù)以前的分析有)()(tRRUpRUUinBDout當(dāng)沒(méi)有溫度影響或不考慮溫度影響時(shí)，當(dāng)沒(méi)有溫度影響或不考慮溫度影響時(shí)，0)(tRRUpRUinout)(固態(tài)壓阻式傳感器固態(tài)壓阻式傳感器24012340cos222SSTU RU RURRRRRRR 24012340cos222SSTU RU RURRRRRRR US電橋的兩個(gè)支路的電阻相等電橋的兩個(gè)支路的電阻相等)(2tRRRRADCABC即有即有2OADCABCIII由此可得輸出電壓為由此可得輸出電壓為11( )( )( )( )( )22outBDOOOUUIRR pR tIRR pR tIR p固態(tài)壓阻式傳感器固態(tài)

22、壓阻式傳感器2cos2)2cos2(21)2cos2(21000000RlRRRlRRRlUTTI0I0I0（三）外加偏置磁場(chǎng)（三）外加偏置磁場(chǎng) 由于由于MR元件的倍頻特性，外場(chǎng)方向的變化和輸出之間不存元件的倍頻特性，外場(chǎng)方向的變化和輸出之間不存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，若磁場(chǎng)方向變化在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，若磁場(chǎng)方向變化180，而，而MR元件的輸出元件的輸出電壓卻變化了電壓卻變化了360。MR元件的倍頻特性對(duì)于作轉(zhuǎn)速傳感器應(yīng)元件的倍頻特性對(duì)于作轉(zhuǎn)速傳感器應(yīng)用時(shí)，可以提高測(cè)量靈敏度，但在檢測(cè)信號(hào)的反轉(zhuǎn)時(shí)，用時(shí)，可以提高測(cè)量靈敏度，但在檢測(cè)信號(hào)的反轉(zhuǎn)時(shí)，MR元元件不能單獨(dú)使用。采用偏磁場(chǎng)的方法可以解決這個(gè)問(wèn)題

23、，下面件不能單獨(dú)使用。采用偏磁場(chǎng)的方法可以解決這個(gè)問(wèn)題，下面簡(jiǎn)單介紹一下外加偏磁場(chǎng)的方法。簡(jiǎn)單介紹一下外加偏磁場(chǎng)的方法。如何獲得開(kāi)關(guān)特性如何獲得開(kāi)關(guān)特性NSNSHX-HXHB045BXHHXBXtHHHH222HXHBHt090NS-HXHB00Ht（四）能辨判旋轉(zhuǎn)（四）能辨判旋轉(zhuǎn)方向方向的的MR元件元件被測(cè)量基本屬性：大小、方向被測(cè)量基本屬性：大小、方向大小：輸出電量的幅值大?。狠敵鲭娏康姆捣较颍罕嫦螂娐贩较颍罕嫦螂娐繁嫦螂娐罚阂筝斎氡嫦螂娐罚阂筝斎雰陕废辔幌嗖顑陕废辔幌嗖?0的信號(hào)的信號(hào)整形整形放大放大微分微分反相反相微分微分延時(shí)延時(shí)整形整形放大放大整形整形放大放大觸發(fā)器觸發(fā)器可逆可

24、逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器Y1Y2+1u2u/2u/1u/1u/1wu/1wuQQHsincos12ABCDERREVC2cos4210ERREVD2cos4210ERRVCD2cos201R4R3R2RECVDVABCD具有兩路輸出，相位相差具有兩路輸出，相位相差90的的MR元件元件VV0RARBVRRVVo2cos4210ERREV2cos42101ERREV2sin421021R4R3R2RE1V2V20032003級(jí)馬韜同學(xué)友情提供級(jí)馬韜同學(xué)友情提供2cos2sincos2sin2)135(cos)135(sin2sin2)45(cos)45(sin2cos2cossin0211202112021

25、1202/2RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRDCBARDRBRARC21341RARBRCRD3242cos2sincos2sin2)135(cos)135(sin2sin2)45(cos)45(sin2cos2cossin02112021120211202/2RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRDCBA2cos2sincos2sin2)135(cos)135(sin2sin2)45(cos)45(sin2cos2cossin02112021120211202/2RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRDCBA2cos2sincos2sin2)135(cos)135(sin2sin

26、2)45(cos)45(sin2cos2cossin02112021120211202/2RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRDCBA對(duì)這種具有辨向功能的四端對(duì)這種具有辨向功能的四端MR元件的使用需要注意的是，電源電元件的使用需要注意的是，電源電壓必須正確的施加。上式的導(dǎo)出是在電源電壓如圖所示的方法施壓必須正確的施加。上式的導(dǎo)出是在電源電壓如圖所示的方法施加情況下的結(jié)果。如果電源電壓接在加情況下的結(jié)果。如果電源電壓接在RB、RC和和RA、RD的交點(diǎn)處，的交點(diǎn)處，該電路就不具有辨向功能了，這一點(diǎn)必須充分注意。和普通四端該電路就不具有辨向功能了，這一點(diǎn)必須充分注意。和普通四端MR元件不同，普通

27、四通元件不同，普通四通MR元件不管電源電壓加在哪二點(diǎn)，輸出元件不管電源電壓加在哪二點(diǎn)，輸出電壓始終為一無(wú)直流分量的倍頻信號(hào)電壓。電壓始終為一無(wú)直流分量的倍頻信號(hào)電壓。SSSDADSURRUURRRRRRUU2cos42122cos2001SSSCBCSURRUURRRRRRUU2sin42122sin2002RDRBRARC2134U2U4USRARDRBRC六、傳感器的應(yīng)用六、傳感器的應(yīng)用 MR元件主要是依據(jù)對(duì)磁場(chǎng)的方向敏感即信號(hào)磁場(chǎng)方向的改元件主要是依據(jù)對(duì)磁場(chǎng)的方向敏感即信號(hào)磁場(chǎng)方向的改變，變，MR元件的阻值亦相應(yīng)地改變而適用于各種應(yīng)用。元件的阻值亦相應(yīng)地改變而適用于各種應(yīng)用。 非電量作用

28、非電量作用 MR元件面內(nèi)磁場(chǎng)方向變化元件面內(nèi)磁場(chǎng)方向變化 MR效應(yīng)效應(yīng) 電量輸出電量輸出1. 測(cè)轉(zhuǎn)速測(cè)轉(zhuǎn)速 MR元件測(cè)量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的裝置如所示。元件測(cè)量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的裝置如所示。將磁體固定在旋轉(zhuǎn)體上，并使將磁體固定在旋轉(zhuǎn)體上，并使MR元件的平面平行于磁場(chǎng)方向。元件的平面平行于磁場(chǎng)方向。當(dāng)旋轉(zhuǎn)體時(shí)，磁體隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。即磁場(chǎng)方向隨著旋轉(zhuǎn)體不斷的發(fā)當(dāng)旋轉(zhuǎn)體時(shí)，磁體隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。即磁場(chǎng)方向隨著旋轉(zhuǎn)體不斷的發(fā)生改變。當(dāng)旋轉(zhuǎn)體一周，由于生改變。當(dāng)旋轉(zhuǎn)體一周，由于MR元件的倍頻特性，輸出信號(hào)元件的倍頻特性，輸出信號(hào)變化二周，經(jīng)放大，整形產(chǎn)生兩個(gè)電壓脈沖。此脈沖正比于旋變化二周，經(jīng)放大，整形產(chǎn)生兩個(gè)電壓脈沖。此脈沖正比于旋

29、轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速。如前所述，轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速。如前所述，MR元件具有很寬的頻帶范圍，元件具有很寬的頻帶范圍，因此和其它轉(zhuǎn)速傳感器相比，它可適用于極高的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)。因此和其它轉(zhuǎn)速傳感器相比，它可適用于極高的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)。根據(jù)上述原理可以把機(jī)械式水表齒輪和指針去掉，做成電子式根據(jù)上述原理可以把機(jī)械式水表齒輪和指針去掉，做成電子式水表，即用磁鐵安裝在葉輪軸上，由水表，即用磁鐵安裝在葉輪軸上，由MR元件直接測(cè)量與水量元件直接測(cè)量與水量成正比的葉輪軸轉(zhuǎn)速，計(jì)算流量。成正比的葉輪軸轉(zhuǎn)速，計(jì)算流量。 磁旋轉(zhuǎn)編碼器磁旋轉(zhuǎn)編碼器2. 測(cè)量角位移測(cè)量角位移02( )cos2RVVR3. 測(cè)量線(xiàn)位移測(cè)量線(xiàn)位移2cos

30、2)(VRRVBHXH450工作場(chǎng)工作場(chǎng)偏置場(chǎng)偏置場(chǎng)合成場(chǎng)合成場(chǎng)/XH合成場(chǎng)合成場(chǎng)4. 4. 測(cè)量液位高度測(cè)量液位高度lxlxl2122cosMR元件元件小磁體小磁體lxlxl2122cos 利用利用MRMR元件測(cè)量液位高度的原理如圖所示。滑塊的位置對(duì)應(yīng)元件測(cè)量液位高度的原理如圖所示?；瑝K的位置對(duì)應(yīng)著液位的高度，隨著液位高度的變化，滑塊沿著導(dǎo)桿自由上升著液位的高度，隨著液位高度的變化，滑塊沿著導(dǎo)桿自由上升和下降。在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上固定有一磁體，滑塊的上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)磁體和下降。在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上固定有一磁體，滑塊的上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)磁體旋轉(zhuǎn)，即磁場(chǎng)方向不斷變化。設(shè)液面在旋轉(zhuǎn)，即磁場(chǎng)方向不斷變化。設(shè)液面在A A位置時(shí)磁場(chǎng)

31、的方向和位置時(shí)磁場(chǎng)的方向和MRMR元件夾角為元件夾角為 ，當(dāng)液面升至，當(dāng)液面升至B B點(diǎn)時(shí)滑塊和連接桿由圖中的實(shí)線(xiàn)狀點(diǎn)時(shí)滑塊和連接桿由圖中的實(shí)線(xiàn)狀態(tài)變到虛線(xiàn)所示的情況，結(jié)果導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)了角態(tài)變到虛線(xiàn)所示的情況，結(jié)果導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)了角 ?；瑝K的。滑塊的位置和旋轉(zhuǎn)角的關(guān)系滿(mǎn)足下述關(guān)系位置和旋轉(zhuǎn)角的關(guān)系滿(mǎn)足下述關(guān)系SNNMR元件元件2PH1PH2P1P5、測(cè)壓力、測(cè)壓力 測(cè)量壓力過(guò)程？測(cè)量壓力過(guò)程？BH0PH00PBHP6. 6. 精密位移、角度傳感器精密位移、角度傳感器 我們知道，利用我們知道，利用MRMR元件測(cè)量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)情況時(shí)，由于元件測(cè)量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)情況時(shí)，由于MRMR元件元件的倍頻特性，當(dāng)旋轉(zhuǎn)

32、體旋轉(zhuǎn)半周，通過(guò)放大，整形后便有一個(gè)的倍頻特性，當(dāng)旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)半周，通過(guò)放大，整形后便有一個(gè)脈沖輸出。利用這種方法測(cè)量旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)情況，測(cè)量分辨率脈沖輸出。利用這種方法測(cè)量旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)情況，測(cè)量分辨率為半周。若將旋轉(zhuǎn)磁體改用多極磁體，設(shè)旋轉(zhuǎn)磁體的磁極對(duì)數(shù)為半周。若將旋轉(zhuǎn)磁體改用多極磁體，設(shè)旋轉(zhuǎn)磁體的磁極對(duì)數(shù)為為n,n,那么那么, ,旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)一周旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)一周, ,將有將有2 2n n個(gè)脈沖輸出個(gè)脈沖輸出, ,這時(shí)測(cè)量的分這時(shí)測(cè)量的分辨率為辨率為1/2n1/2n周周. .下圖示出了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁極對(duì)數(shù)為下圖示出了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁極對(duì)數(shù)為4 4的旋轉(zhuǎn)體測(cè)試的旋轉(zhuǎn)體測(cè)試示意圖，當(dāng)旋轉(zhuǎn)示意圖，當(dāng)旋轉(zhuǎn)1/81/8

33、周時(shí)，輸出端便有一個(gè)脈沖信號(hào)。由此我周時(shí)，輸出端便有一個(gè)脈沖信號(hào)。由此我們可以看出，單位長(zhǎng)度內(nèi)磁極對(duì)數(shù)越多，則測(cè)量精度越高。們可以看出，單位長(zhǎng)度內(nèi)磁極對(duì)數(shù)越多，則測(cè)量精度越高。多極充磁多極充磁 一種具有一種具有辨向功能辨向功能的的精密精密角位移角位移MRMR傳感器如圖所示。傳感器如圖所示。8 8個(gè)個(gè)MRMR元件相互間隔等距離排列，元件相互間隔等距離排列，R R8 8連接成如圖所示的兩組連接成如圖所示的兩組電橋結(jié)構(gòu)。很容易可以看出，這種結(jié)構(gòu)的輸出既不存在直電橋結(jié)構(gòu)。很容易可以看出，這種結(jié)構(gòu)的輸出既不存在直流分量流分量, ,同時(shí)輸出幅值為四元件的二倍。同時(shí)輸出幅值為四元件的二倍。1RNSSNNNA1B2B4B3B1A3A2A4A1A3A4A2B1B3B3B2ViV01V02NSSNSNSSSNNNWLSLR線(xiàn)條寬度線(xiàn)條寬度薄膜厚度薄膜厚度NSSNNNA1B2B4B3B1A3A2A4A1A3A4A2B1B3B4B2ViV01V020458045NSSNNNA1B2B4B3B1A3A2A4NSSNSNSSSNNNNSSN NN