强磁性金属薄膜磁敏电阻特性研究

强磁性金属薄膜磁敏电阻特性研究

一、总结强磁性金属膜磁敏电阻是一种新型的磁敏电阻器，具有多种属性，应用广泛。根据不同的属性，有不同的应用。因此，在应用中应掌握这些特征。二、磁体电阻的结构和性能1、结构磁性金属薄膜磁敏电阻的结构就是一个电阻分压器，即磁敏传感器，如图1，等效电路如图2所示。2、磁敏电阻hr⑴当磁敏电阻图形平面与磁力线方向平行时，对磁场强度敏感，垂直则不起作用。⑵与磁力线方向的关系当流过磁敏电阻的电流方向与磁力线方向平行时，其阻值（R∥）较大。当流过磁敏电阻的电流方向与磁力线方向垂直时，其阻值（R┻）较小。当磁场强度H增大到一定值HS（饱和磁场强度）时，磁敏电阻阻值不再增大或减小。当磁场强度增大后再减小到零磁场时，磁敏电阻值不回到原值，当磁场强度减小到某一个值Hr（可逆磁场强度）时，磁敏电阻才发生变化，这种现象是由磁性材料的矫顽力Hc产生的磁滞作用造成的。Hs和Hr因制造的材料和工艺条件不同而异，如日本索尼公司的DM-106型Hs约为30mT，国产RCM01型的Hs为50mT～80mT。由图3可见Hr到Hs段为很好的线性段。当磁力线方向与磁敏电阻图形在同一平面上，RA和RB有如下关系：式中，è—磁力线与磁敏电阻所成的角度。式中，∆R=R-R┻；⑶频率响应10MHzㄢ⑷全电阻温度系数≤3×10-3/℃。⑸输出电压温度系数≤-3×10-4/℃，具有温度自补偿作用。⑹功耗100mWㄢ⑺工作温度范围-60℃～200℃。三、应用技术的实例1、有磁信号时vo不恢复vo强磁性金属薄膜磁敏电阻在开关量的典型应用实例是磁敏无触点开关，它具有动作距离大、工作温度范围宽、抗冲击振动和频率响应高等特点，其输出高电平很高接近电源电压，低电平很低接近零伏。它的应用范围非常广泛，可用于各种传感器及各种自动控制与检测设备中。典型应用电路如图4ㄢ⑴应用时要使Rb/Ra比R1/R2大1～2%，无磁信号时Vo为低电平，有磁信号时Vo为高电平。如果R1和R2与R∥和R┻搭配不合理则不会达到开关作用，会出现有磁信号时Vo不翻转或有磁信号时Vo翻转，但去掉磁信号时Vo不恢复原来状态的情况。⑵如要求无磁信号时Vo为高电平，有磁信号时Vo为低电平，可将图4中放大器正负脚调换。⑶利R1和R2的比例可调整磁信号(磁体)与磁敏电阻(探头)的动作距离大小，比例越小动作距离越大，但比例太小会出现Vo翻转后，去掉磁信号Vo不恢复原来状态的情况。⑷磁敏电阻因磁性材料的矫顽力Hc作用具有磁滞，在搭配R1和R2比例时要考虑磁滞的影响，否则会出现Vo翻转后不恢复的情况，特别在大的动作距离下更易出现。⑸制作或使用大动作距离的磁敏无触点开关，尽量不让磁信号源接近探头，否则会出现Vo不恢复的现象。如果出现不恢复情况可将磁信号的磁力线方向改变90°并接近探头，即可恢复（即去掉了剩磁）。⑹如要求更大的动作距离，可采用巨磁，此时动作距离可达500mm。⑺磁敏电阻的功耗是100mW,在制作和使用磁敏无触点开关时，选用电源电压要根据磁敏电阻原阻值大小而定，一般在5VDC～24VDC之间。2、电源电压安装时磁敏角位移传感器工作原理(1）磁敏角位移传感器磁敏角位移传感器具有灵敏度高、分辨率强、应用范围广等特点，它不仅能对转体进行角度测量和自动控制，还可制成坡度仪，并可用于航天、航海磁罗盘、舵角仪、控制器和执行器、设备诊断等。因为灵敏度高，其可对地磁场进行直接测量。其典型应用电路如图5所示。该传感器的电路输出电压增量（Vo1—Vo2）按公式（4）变化，其特性曲线为一正弦函数曲线。(1)从公式⑷可看出，在Vcc不变的条件下，磁敏角位移传感器的输出电压的增量只因角度è变化而变化。(2)磁敏角位移传感器必须在大于或等于饱和磁场强度下工作。(3)磁敏角位移传感器用于精密计量和检测，在使用时必须在通电5分钟后进行调零。(4)从公式⑷可看出，磁敏角位移传感器的输出电压的增量与电源电压Vcc成正比，虽然电源电压选定后是个常数，但磁敏角位移传感器灵敏度很高，在使用时必孟庆波须保证电源电压的稳定和精度，在用电池作电源时要经常调线路中电压调解电位器，必要时可更换电池。(5)在定位磁敏角位移传感器零位时，一定要使磁力线方向与磁敏电阻的电流方向夹角è=45°，此时输出电压的增量为零。(6)从公式⑷可看出，磁敏角位移传感器输出特性曲线是一条正弦函数曲线，其峰峰值角度变化值是45°，如果要测量并显示2nπ角度，必须在二次表线路中根据公式⑷进行软件处理；如果直接进行线性检测或控制则只能在0°～40°或+20°的范围内，其线性度为1%（即峰峰值削波后中间一段）。(7)如不进行软件处理又要扩大量程，可在磁敏电阻上贴一块磁钢（预置一个磁信号），并使磁力线方向与磁敏电阻的电流方向的夹角θ=45°，此时被测转动磁信号（转动磁体）的磁力线方向与预置磁信号的磁力线方向的矢量和便是磁敏电阻接受的磁信号角度变化量，这样可使测量范围扩大到0°～80°或+40°。(2）磁敏线位移传感器磁敏线位移传感器是利用磁敏电阻对磁场强度敏感的特性，并根据其在图3中Hr到Hs段的磁特性制成的。它具有灵敏度高和分辨率强（可达1%µm）的特点，可用于对长度进行精密测量和自动控制。(1)信号的磁体N极或S极必须对准磁敏电阻的端部，否则灵敏度不高，线性度不好，测量不准确。(2)如要扩大动作距离即扩大测量长度，可先预置一个磁信号，使磁力线方向平行于磁敏电阻的管脚轴线方向，此时若动作磁体极性与预置磁体极性同相，则线位移传感器输出信号增大，反之则减小；也可采用巨磁来扩大动作距离。(3)如移动信号不用