GMR磁场传感器的工作原理.docx

GMR磁场传感器的工作原理巨磁电阻（GMR）效应是1988年发现的一种磁致电阻效应，由于相对于传统的磁电阻效应 大一个数量级以上，因此名为巨磁电阻（Giant Magnetoresistanc），简称GMR1. 巨磁电阻（GMR ）原理，见图一R3反铁臟耦合时｛外加臟场为0）处于高阻态的导电输运特性，R1/2R2外加磯场便该陵性多层薄膜魁于饱和状态时〔相邻磯性层磁矩平行分布，而电阻处于低阻态的导电输运特性，电阻：R2粧口/（R2+R3）文 R2>R1>R3图1•利用两流模型来解释GMR的机制巨磁电阻（GMR ）效应来自于载流电子的不同自旋状态与磁场的作用不同，因而导致的电 阻值的变化这种效应只有在纳米尺度的薄膜结构中才能观测出来赋以特殊的结构设计这 种效应还可以调整以适应各种不同的性能需要2. 巨磁电阻（GMR）传感器原理，见图二巨磁电阻（GMR ）传感器将四个巨磁电阻（GMR）构成惠斯登电桥结构，该结构 可以减少外界环境对传感器输出稳定性的影响，增加传感器灵敏度工作时图中“电流输入 端”接5V〜20V的稳压电压，“输出端”在外磁场作用下即输出电压信号电流输入端v R1 R2输出端 "输出端R2 R1电压输出=电压输入*（ R1-R2）/（ R1+R2）图2〔1）：惠斯凳电桥在磁场传感器应用中的原理电阻无外加磁场时的 在外加磁场时的R1和疋的阻态 R1和FL2的阻态图2 C2）：惠斯凳电桥中R1和R2在外力口磁场作用下的变化情况3. 巨磁电阻（GMR ）传感器性能，见图三，表一。

图三所示为巨磁电阻（GMR）传感器在外场中的性能曲线，表明该传感器在土200Oe的磁场 范围类有较好的线性表一所示为国际上各公司生产的巨磁电阻（GMR ）传感器的性能对照，表中标注有（库万 军）处为本公司产品对比表明本公司的产品无论灵敏度或线性范围都有较大的优越性，而 且本公司产品性能仍在不停的丰富和完善过程中更为重要的是，本公司产品采用特殊的结 构，适宜于采用半导体集成化规模生产，因此生产成本低图3巨磁电阻（GMR）传感器在外场下的性能曲线表一各公司巨磁电阻（GMR）传感器性能对照灵敏度(mV/V*0e)线性范围（Oe）结构及材料偏磁技术IBM0.8±25SPIN-VALVE设置电流NVE0.45±135Co/Cu多层膜外置偏磁铁Honeywell1±6NiFe film(AMR)EPFL-CH0.024±150聚磁通霍尔元件INESC0.6±30SPIN-VALVE设置电流INESC（库万军）0.21±135NiFe/CoFe/Cu多层膜CoFe/CoPt 双层膜INESC（库万军）0.17±200NiFe/CoFe/Cu多层膜CoPt 膜（两矫顽力）INESC（库万军）1.3±20SPIN-VALVE两次沉积INESC（库万军）探测磁场X-Y分量的集成元件INESC（库万军）数字、脉冲型3.产品使用说明a .巨磁电阻（GMR）传感器作为一种有源器件，其工作必须提供5~20V的直流电源。

而且该 电源的稳定性直接影响传感器的测试精度，因此要求以稳压电源提供；使用中也应避免过 电压供电；b .巨磁电阻（GMR）传感器作为一种高精度的磁敏传感器，对使用磁环境也有一定的要求， 其型号选用应根据使用环境的磁场大小来决定；C.巨磁电阻（GMR）传感器对磁场的灵敏度与方向有关其外形结构上标注的敏感轴为传感 器对磁场最为灵敏的方向，参见图四当不平行时，灵敏度降低，其关系为s广s.cose其中Se为磁场方向与传感器敏感轴间的夹角为e时的灵敏度，s°为磁场方向与传感器敏感轴 平行时的灵敏度Ground)Orientation chamferAxis of Sensitivity图4巨磁电阻（GMR）传感器外形结构及接线图对于输出特性相对于外磁场为偶函数时，则将传感器作为测量使用时需要外加偏置磁场理 d.想情况偏置磁场的大小为传感器保持线性范围磁场的1/2。