HMC1001型磁阻式傳感器的研究.

1、HMC1001型磁阻式傳感器的研究程星(長江大學(xué)電子信息學(xué)院，湖北荊州434023摘要:介紹了HMC1001型磁阻傳感器工作的原理,設(shè)計了在標(biāo)準(zhǔn)直螺線圈中心磁場測量中STC單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，闡述了它在弱磁檢測中的重要地位，給出了實驗室測試結(jié)果，分析得出HMC1001型磁阻傳感器有體積小、精度高的特點，其應(yīng)用將會越來越廣泛。關(guān)鍵詞：磁阻式傳感器；STC單片機；脈沖；電橋；弱磁檢測；引言空間或磁性材料中磁通、磁通密度、磁通勢、磁場強度等的測量是磁學(xué)量測量的內(nèi)容之一?？臻g的磁通密度與磁場強度成比例關(guān)系，空間磁場強度的測量，實質(zhì)上也是磁通密度的測量。因而用磁強計測量的實際上是磁通密度。磁場測量主要利

2、用磁測量儀器進(jìn)行。按照被測磁場的性質(zhì)，磁場測量分為恒定磁場測量和變化磁場測量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們在磁場測量方面作了大量的研究工作，設(shè)計出了各種不同的磁場傳感器，并廣泛應(yīng)用于磁場測量之中。在探測磁場的大小、方向以及在探礦、錄井、地下鉆孔、位置檢測、航海系統(tǒng)等方面往往需要測得一個準(zhǔn)確度很高的磁場值。在這種情況下使用HMC1001型磁阻式傳感器進(jìn)行測量是非常合適的，因為它不僅體積小、成本低，而且在-0.0002T到0.0002T內(nèi)具有很高的分辨率和準(zhǔn)確度，能分辨出4nT的微弱信號。一、HMC1001內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理AMR(anisotropicmagnetoresistant各向異性磁阻傳感

3、器的敏感元件是以硅作為襯底，在其上制作4個相同NiFe薄(鐵鎳合金帶圖1磁阻式傳感器內(nèi)部電橋及引腳說明形成惠斯通電橋。4個相同的磁敏電阻器MR(magneticresisitive供以電源電壓Vb,產(chǎn)生流經(jīng)電阻器R的電流，垂直方向的磁場H使對立的2個電阻器阻值升高，使另外的2個電阻器的阻值降低;,輸出電壓Vout和被測磁場強度H成正比，即Vout正比于H，如圖1。同時HMC1001型磁阻式傳感器還附加了四個功能管腳:+OFFSET/-OFFSET(偏移調(diào)整管腳:通以恒定電流消除某一穩(wěn)定環(huán)境場的干擾,兩腳間典型電阻值3.5歐；SET/RESET（設(shè)置/重新設(shè)置管腳:也稱作S/R管腳,消除熱零點漂

4、移、非線形失真等影響，提高磁阻式傳感器的靈敏度，兩腳間典型電阻值2.0歐。HMC1001磁阻式傳感器引腳圖如圖2。二、HMC1001應(yīng)用電路及實驗室測量處理信號測量處理應(yīng)用單片機技術(shù)、模塊化設(shè)計,將探測到的模擬信號放大，經(jīng)16位AD芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，換算成磁感應(yīng)強度并顯示出來,其基本結(jié)構(gòu)如圖3。1、脈沖的產(chǎn)生R/S電流脈沖的幅度依賴于實際磁場噪聲的靈敏度，如果給定磁場為50nT，則需要2.5A電流，如果是10nT，則需要3.5A。采用MAX622和IRF7105搭建電路，由單片機控制產(chǎn)生，脈沖形狀如圖4所示。在設(shè)置脈沖下，設(shè)測得的電壓為圖2傳感器引腳圖圖3HMC1001磁阻式傳感器測試原理框架

5、圖VI,在重設(shè)脈沖下測得電壓為V2；則實際信號產(chǎn)生的電壓為V=（V1+V2/2。采用這種方案能很好的消除溫度漂移、非線性失真，以及能夠減少因為在強磁場下輸出信號的丟失。R/S的周期應(yīng)該滿足后繼A/D轉(zhuǎn)換器（在實驗中采用的是CS5509型A/D芯片）的需要,這一點尤為重要。2、恒流源電路由TL431組成的高精度恒流源，精度和溫度特性都很好，電路如圖5。電流I=2*V/R1,其中R1為電位器，可以通過調(diào)節(jié)R1來得到預(yù)期的恒定電流I，其中V為恒定值2.5V,是TL431的基準(zhǔn)電壓。為消除地磁場（約為0.00005T）的影響，需要產(chǎn)生25mA的恒定電流。3、軟件設(shè)計流程導(dǎo)待s脈沖軟件設(shè)計的關(guān)鍵是如何很

6、好地配合R/S脈沖和A/D轉(zhuǎn)換器的工作。在實際電路中，采用的是CS5509型16位AD轉(zhuǎn)換芯片。R/S電流脈沖的目的是改變被測量的符號。一般情況下，在脈沖作用2ms后開始采樣，如果為了減小功耗，完全沒必要每次采樣前都使用R/S脈沖，在工作一段時間后才使用脈沖一次，這可以根據(jù)實際情況而定。因此，人們可以利用單片機或時鐘就能夠很容易的實現(xiàn)A/D和R/S的圖4R/S脈沖圖5高精度恒流源電路圖6軟件流程配合。軟件設(shè)計流程如圖6所示。4、實驗室測試結(jié)果及分析由于HMC1001型磁阻式是單軸磁場傳感器，因此在實驗室測量時由一個標(biāo)準(zhǔn)的直螺線管的中心軸線提供磁場，通過改變供電電壓以改變直螺線管參數(shù)。表1是在實驗室測得的幾組數(shù)據(jù)。理論值（XO.OOO1T）測量值（XO.OOO1T）相對誤差（%）以上實驗數(shù)據(jù)表明，用HMC1001型磁阻式傳感器進(jìn)行混場源磁場測量，能夠達(dá)到預(yù)期的要求。三、結(jié)束語HMC1001是一種精密的小體積磁阻式傳感器，其具有較高的靈敏度和分辨力，在STC單片機的控制下能夠精確的測量微弱磁場，在探測磁場的大小、方向以及在探礦、錄井、地下鉆孔、位置檢測、航海系統(tǒng)、地磁測量及實驗室儀器等方面有著較為廣泛的應(yīng)用。目前應(yīng)用在混場源地磁