HMC1001型磁阻式传感器的研究

1、HMC1001型磁阻式传感器的研究程 星( 长江大学 电子信息学院，湖北 荆州 434023摘 要: 介绍了HMC1001 型磁阻传感器工作的原理, 设计了在标准直螺线圈中心磁场测量中STC 单片机最小应用系统, 阐述了它在弱磁检测中的重要地位，给出了实验室测试结果, 分析得出HMC1001型磁阻传感器有体积小、精度高的特点，其应用将会越来越广泛。关键词： 磁阻式传感器；STC 单片机；脉冲；电桥；弱磁检测；引言空间或磁性材料中磁通、磁通密度、磁通势、磁场强度等的测量是磁学量测量的内容之一。空间的磁通密度与磁场强度成比例关系，空间磁场强度的测量，实质上也是磁通密度的测量。因而用磁强计测量的实际

2、上是磁通密度。 磁场测量主要利用磁测量仪器进行。按照被测磁场的性质，磁场测量分为恒定磁场测量和变化磁场测量。随着科学技术的发展, 人们在磁场测量方面作了大量的研究工作, 设计出了各种不同的磁场传感器, 并广泛应用于磁场测量之中。在探测磁场的大小、方向以及在探矿、录井、地下钻孔、位置检测、航海系统等方面往往需要测得一个准确度很高的磁场值。在这种情况下使用HMC1001型磁阻式传感器进行测量是非常合适的, 因为它不仅体积小、成本低，而且在-0.0002T 到 0.0002T 内具有很高的分辨率和准确度, 能分辨出4nT 的微弱信号。 一、HMC1001 内部结构及工作原理 AMR( anisotr

3、opic mag netoresistant 各向异性磁阻传感器的敏感元件是以硅作为衬底，在其上制作4个相同NiFe 薄( 铁镍合金 带图1 磁阻式传感器内部电桥及引脚说明形成惠斯通电桥。4 个相同的磁敏电阻器MR( magnetic resisitive 供以电源电压Vb, 产生流经电阻器R 的电流, 垂直方向的磁场H 使对立的2个电阻器阻值升高, 使另外的2个电阻器的阻值降低; , 输出电压Vout 和被测磁场强度H 成正比，即 Vout正比于H ，如图1。 同时HMC1001 型磁阻式传感器还附加了四个功能管脚: + OFFSET/ - OFFSET( 偏移调整管脚 : 通以恒定电流消除

4、某一稳定环境场的干扰,两脚间典型电阻值3.5欧； SET/ RESET( 设置/ 重新设置管脚: 也称作S/ R管脚, 消除热零点漂移、非线形失真等影响，提高磁阻式传感器的灵敏度，两脚间典型电阻值2.0 欧。HMC1001磁阻式传感器引脚图如图2。二、HMC1001应用电路及实验室测量处理信号测量处理应用单片机技术、模块化设计, 将探测到的模拟信号放大，经16位AD 芯片转换为数字量，换算成磁感应强度并显示出来, 其基本结构如图3。 1、脉冲的产生R/S电流脉冲的幅度依赖于实际磁场噪声的灵敏度，如果给定磁场为50nT ，则需要2.5A 电流，如果是10nT ，则需要3.5A 。采用MAX622

5、和IRF7105搭建电路，由单片机控制产生，脉冲形状如图4所示。在设置脉冲下，设测得的电压为图2 传感器引脚图图3 HMC1001磁阻式传感器测试原理框架图 V1，在重设脉冲下测得电压为V2；则实际信号产生的电压为V=(V1+V2/2。 采用这种方案能很好的消除温度漂移、非线性失真，以及能够减少因为在强磁场下输出信号的丢失。R/S的周期应该满足后继A/D转换器（在实验中采用的是CS5509型A/D芯片）的需要，这一点尤为重要。 2、恒流源电路由TL431组成的高精度恒流源，精度和温度特性都很好，电路如图5。电流I=2*V/R1, 其中R1为电位器，可以通过调节R1来得到预期的恒定电流I ，其中

6、V 为恒定值2.5V, 是TL431的基准电压。为消除地磁场（约为0.00005T ）的影响，需要产生25mA 的恒定电流。3、软件设计流程 软件设计的关键是如何很好地配合R/S脉冲和A/D转换器的工作。在实际电路中，采用的是CS5509型16位AD 转换芯片。R/S电流脉冲的目的是改变被测量的符号。一般情况下，在脉冲作用2ms 后开始采样，如果为了减小功耗，完全没必要每次采样前都使用R/S脉冲，在工作一段时间后才使用脉冲一次，这可以根据实际情况而定。因此，人们可以利用单片机或时钟就能够很容易的实现A/D和R/S的图4 R/S脉冲图5 高精度恒流源电路图6 软件流程配合。软件设计流程如图6所示

7、。 4、实验室测试结果及分析由于HMC1001型磁阻式是单轴磁场传感器，因此在实验室测量时由一个标准的直螺线管的中心轴线提供磁场，通过改变供电电压以改变直螺线管参数。表1是在实验室测得的几组数据。理论值（×0.0001T ）测量值（×0.0001T ）相对误差（%）以上实验数据表明，用HMC1001型磁阻式传感器进行混场源磁场测量，能够达 到预期的要求。三、结束语HMC1001是一种精密的小体积磁阻式传感器，其具有较高的灵敏度和分辨力，在STC 单片机的控制下能够精确的测量微弱磁场，在探测磁场的大小、方向以及在探矿、录井、地下钻孔、位置检测、航海系统、地磁测量及实验室仪器等方面有着较为广泛的应用。目前应用在混场