磁阻传感器

5.2磁敏电阻5.2.1磁阻效应定义：某些材料(如霍尔元件)的电阻值受磁场的影响而改变的现象称为磁阻效应。利用磁阻效应制成的元件称为磁敏电阻。原理：在外加磁场作用下，某些载流子受到的洛伦兹力比霍尔电场作用力大时，它的运动轨迹就偏向洛伦兹力的方向；这些载流子从一个电极流到另一个电极所通过的路径就要比无磁场时的路径长些，因此增加了电阻值。平均偏移角：电阻的增值可以用载流子在磁场作用下的平均偏移角—霍尔角来衡量，平均偏移角与磁场B及载流子迁移率之间有如下关系tan=B5.2磁敏电阻磁阻效应(物理)方程为B=0(1+0.2732B2)B一存在磁感应强度为B时的电阻率；0一无磁场时的电阻率；一电子迁移率；B一磁感应强度。电阻率的变化为=B0./0=0.2732B2=K2B2物理磁阻效应磁阻效应几何磁阻效应5.2磁敏电阻5.2.2半导体磁敏电阻电子运动的轨迹都将向左前方偏移，因此出现图中箭头所示的路径(箭头代表电子运动方向)。半导体磁敏电阻元件内电流分布(a)纵长形器件;(b)横长形器件;(c)科比诺圆盘;(d)栅格式器件5.2磁敏电阻半导体磁敏电阻效应与器件几何形状(l／w)之间关系为/0≈K(B)21f(l／w)式中，l，W，一分别为器件的长和宽；f(l／w)一形状效应系数。半导体磁敏电阻特性及应用电路5.2磁敏电阻5.2.3磁敏电阻传感器的应用5.2.3.1磁敏电阻器件磁敏电阻器件一般在衬底上作两个相互串联的磁敏电阻，或四个磁敏电阻接成电桥形式，以便用于不同场合.磁敏电阻线路结构5.2磁敏电阻1.MR214A/223A磁敏电阻的电阻值为100到几k，工作电压一般在12V以下，频率特性好(可达MHz)，动态范围宽，噪声低(信噪比高)。MR214A/223A外形及等效电路9.2磁敏电阻2．DMI106B(索尼)DMI106B是在硅基板上附着强磁性体DM106B的外形及等效电路5.2磁敏电阻3．FPC/FPA系列FPC/FPA(田村)系列内部有放大器、整形电路(FPA并有发光二极管作工作状态指示)，其特点是信噪比高，具有良好的频率特性，可用于位置、旋转速度的检出，也可作接近开关。其输出电压与间隙特性如图所示。FPC/FPA系列输出电压与间隙特性5.2磁敏电阻5．M413A/414AM413A/414A是由四个磁阻元件组成的器件，有两相输出，可测出旋转方向、角度等参数，其元件配置、外形及等效电路如图。M413A/414A元件配置、外形及等效电路5.2磁敏电阻M413A/414A接线与输出波形如图所示。M413A/414A接线及输出波形图5.2磁敏电阻5．BS系列BS系列(图形识别传感器)磁阻元件除用来检测磁性体的位置及旋转外，主要用于纸币识别及磁性墨水印刷物识别等。在元件表面采用特殊金属层，具有良好的耐磨性。识别纸币的波形如图(a)所示，如经过有磁性油墨印刷的“100”字样时，输出信号很大，若是伪币则无此信号。这种传感器同样可检测用磁性墨水印刷的标签和磁尺上的信号。它的外形如图(b)。图BS外形及纸币真伪识别输出波形5.2磁敏电阻5.2.4.2应用买例1.非接触式磁阻角度传感器非接触式角度传感器的外形及工作原理如图所示。它是由两个半环形的磁阻元件组成，半圆形磁铁与磁阻元件之间的间隙为0.2mm左右，当磁铁转动时，磁铁则以差动方式将磁场加于两个磁阻元件上，可获得±50(机械角度)的线性范围。其输出电压与转角间特性如图所示。角度传感器的外形及工作原理图图角度传感器输出特性5.2磁敏电阻这种非接触式磁阻角度传感器由于没有机械摩擦，所以工作寿命长；装置上安装了滚珠轴承，转动损耗也较小。这种传感器的输出电压为由图可以看出，其输出电压较大，在100范围内，输出线性电压大于2V。inoutUMRMRMRU2125.2磁敏电阻2．磁阻式旋转传感器磁阻旋转传感器可以检测磁性齿轴、齿轮的转数或转速，若采用四磁阻元件传感器，还能检测旋转的方向。采用双元件磁阻旋转传感器的工作原理如图所示。当齿轮的齿顶对准MRl，而齿根对准MR2时，MRl的电阻增加，而MR2的电阻不变，则UoutUin/2；另外，当齿轮的齿顶对准MR2，而齿根对准MRl时，则UoutUin/2；当齿顶(或齿根)在MRl和MR2之间时，UoutUin/2，其输出电压波形见图。旋转传感器的工作原理5.2磁敏电阻采用四元件磁阻传感器时，传感器内磁阻元件与齿轮齿间间隔之间应满足一定关系，如图所示。PA(12)=PB(12)=T/2；PAB=T/4式中，PA(12)—A相元件MRAl和MRA2的间隔；PB(12)—B相元件MRBl和MRB2的间隔；PAB—A相元件MRAl和B相元件MRBl的间隔；T—齿轮的齿距。内磁阻元件旋转传感器(a)电路图；(b)图形图由于A相与B相输出波形相位差90，所以很容易检测旋转方向和转速，转速的检测范围很宽，很适用于检测电动机的转速。5.2磁敏电阻3．磁阻式图形识别传感器图形识别传感器能检测纸片、纸币等上面的磁性图形或记号，输出相对应于图形的信号波形。由于磁性图形印刷在纸片上，所以检测信号十分微弱(比旋转传感器小三个数量级)，需经过放大电路放大，由示波器或记录仪将波形显示出来。图形识别传感器放大电路