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1、齒輪轉(zhuǎn)速傳感器,巨磁阻傳感器應(yīng)用,,巨磁阻效應(yīng),磁阻效應(yīng)的一種，可以在磁性材料和非磁性材料相間的薄膜層（幾個納米厚）結(jié)構(gòu)中觀察到。 這種結(jié)構(gòu)物質(zhì)的電阻值與鐵磁性材料薄膜層的磁化方向有關(guān)，兩層磁性材料磁化方向相反情況下的電阻值，明顯大于磁化方向相同時的電阻值，電阻在很弱的外加磁場下具有很大的變化量。,,,巨磁阻傳感器的材料,,,,,巨磁阻多層膜,巨磁阻效應(yīng)多層膜結(jié)構(gòu)是由鐵磁層、非磁性層和鐵磁層組成的三明治結(jié)構(gòu)，鐵磁金屬中的傳導(dǎo)電流由自旋向上和自旋向下的電子分別傳輸。 當(dāng)傳導(dǎo)電子的自旋方向與區(qū)域磁矩取向平行時，受到的散射小，因而電阻率低；而當(dāng)傳導(dǎo)電子的自旋方向與區(qū)域磁矩取向反平行時，受到的散射大，

2、因而電阻率高。 因此，在多層膜結(jié)構(gòu)中，傳導(dǎo)電子在不同外磁場作用下的運動情況是不同的。,巨磁阻自旋閥,當(dāng)鐵磁被釘扎層和鐵磁自由層的磁矩平行時，自旋閥電阻值?。划?dāng)施加外部反向磁場時，鐵磁自由層的磁矩發(fā)生反轉(zhuǎn)，兩磁性層的磁矩反平行排列，自旋閥電阻大。 自旋閥阻值大小取決于自由層磁矩是否反轉(zhuǎn)，故稱這類巨磁阻為自旋閥。 鐵磁和反鐵磁材料（如 MnFe 或 NiO）之間由于存在交換耦合作用可以形成一個偏轉(zhuǎn)場，該偏轉(zhuǎn)場會將被釘扎層的磁化方向固定住，使得磁性釘扎層的磁化方向在一定的磁場范圍內(nèi)不隨外磁場發(fā)生轉(zhuǎn)動。因而，外磁場可以較方便地改變自由層磁化方向。,,,巨磁阻傳感器的結(jié)構(gòu),,,,,巨磁阻傳感器的結(jié)構(gòu),巨

3、磁阻傳感器是利用現(xiàn)代集成器件工藝將四個材料相同阻值相等的多層膜或自旋閥巨磁阻電阻，以惠斯通電橋的形式連接起來構(gòu)成的。 其中 R2 和 R4 被 NiFe 磁屏蔽層屏蔽，R1 和 R3 沒有被屏蔽。,,,巨磁阻傳感器的工作原理,,,,,巨磁阻傳感器的工作原理,當(dāng)有外磁場作用時，R2 和 R4 的電阻不會發(fā)生變化，只有 R1 和 R3 的電阻發(fā)生變化，從而使電橋的輸出發(fā)生變化。這樣，整個電橋的輸出即反映外磁場的大小。 這種橋式結(jié)構(gòu)還可以提供較好的溫度補償，使得芯片的溫度漂移較小。,巨磁阻傳感器的工作原理,NiFe 磁屏蔽層的作用不僅是可以使得 R2 和 R4 的電阻在外磁場的影響下不發(fā)生變化NiF

4、e 磁屏蔽層的另外一個重要的作用就是，它能夠把任意方向的外磁場都偏置到垂直于 R1 和 R3 電阻的方向分布在垂直于電阻 R1 和 R3 方向上的磁場的變化。 NiFe 磁屏蔽層的這種能夠偏置外磁場方向的作用使得巨磁阻芯片只對某一方向的外磁場最敏感，這時橋式結(jié)構(gòu)的輸出電壓信號最大。這個巨磁阻芯片最敏感的磁場方向就是芯片的磁敏感軸方向。,巨磁阻傳感器的工作原理,當(dāng)所加外磁場的方向與巨磁阻芯片的磁敏感軸方向不平行時，芯片對磁場的敏感度會降低。 假設(shè) S0是外磁場方向與磁敏感軸平行時巨磁阻芯片的靈敏度，S 是外磁場方向偏離巨磁阻芯片的磁敏感軸夾角為 時芯片的靈敏度，則有 S = S0 * cos,,

5、,齒輪傳感器原理框圖,,,,,齒輪傳感器原理框圖,所研制的巨磁阻齒輪轉(zhuǎn)速傳感器主要由巨磁阻芯片、永磁體和信號處理電路三部分組成齒輪是由導(dǎo)磁材料做成的，易被永磁體磁化。 巨磁阻芯片的磁敏感軸方向沿齒輪運動方向。被磁化的齒輪在轉(zhuǎn)動過程中會使分布在巨磁阻芯片周圍的磁場信號發(fā)生周期性變化。巨磁阻芯片可以靈敏地感應(yīng)這個微弱變化的磁場信號，并把它轉(zhuǎn)換輸出為相應(yīng)的電壓信號。 把這個電壓信號再經(jīng)過一定的信號放大和比較電路處理后，可以得到標(biāo)準(zhǔn)的方波信號輸出。利用輸出信號方波的頻率與被測齒輪齒數(shù)之間存在的關(guān)系，即可以得到齒輪的相應(yīng)轉(zhuǎn)速。,,,齒輪傳感器的實際應(yīng)用,,,,,巨磁阻傳感器的實際應(yīng)用,在理想情況下，當(dāng)選

6、用多層膜巨磁阻芯片做轉(zhuǎn)速傳感器探頭時，齒輪每轉(zhuǎn)過一個齒周期，該探頭的輸出曲線如右圖所示。信號經(jīng)后續(xù)調(diào)理電路處理后可輸出兩個方波信號，呈現(xiàn)雙極特性。 永磁體與巨磁阻芯片相對位置的有偏差時，多層膜巨磁阻芯片的工作磁場區(qū)間偏置到了其單邊線性區(qū)間，齒輪每轉(zhuǎn)過一個齒周期，信號經(jīng)后續(xù)調(diào)理電路處理后只輸出一個方波信號。 自旋閥巨磁阻芯片輸出信號是有正負(fù)區(qū)別的。即使永磁體與巨磁阻芯片的相對位置有偏差，齒輪每轉(zhuǎn)過一個齒周期，信號再經(jīng)后續(xù)調(diào)理電路處理后只輸出一個方波信號。,巨磁阻傳感器的實際應(yīng)用,如果巨磁阻齒輪轉(zhuǎn)速傳感器的輸出脈沖信號頻率用 f 表示，齒輪的轉(zhuǎn)速用n(r/min)表示，齒輪的齒數(shù)用 Z 表示，則有 f = nZ / 60 即可根據(jù)所得頻率求出轉(zhuǎn)速,巨磁阻傳感器的實際應(yīng)用,,,,