TMR傳感器
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- 發(fā)布時間：2015/1/29 12:04:40
- 作者：銀河電氣
定義
TMR（Tunnel MagnetoResistance）傳感器：隧道磁電阻傳感器
TMR傳感器是近年來開始工業(yè)應用的新型磁電阻效應傳感器，其利用的是磁性多層膜材料的隧道磁電阻效應對磁場進行感應，廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)和電子產(chǎn)品中以感應磁場強度來測量電流、位置、方向等物理參數(shù)。
TMR效應基于電子的自旋效應，在磁性釘扎層和磁性自由層中間間隔有絕緣體或半導體的非磁層的磁性多層膜結(jié)構(gòu)，由于在磁性釘扎層和磁性自由層之間的電流通過基于電子的隧穿效應，因此稱這一多層膜結(jié)構(gòu)稱為磁性隧道結(jié)（MTJ, Magnetic Tuunel Junction）。這種磁性隧道結(jié)在橫跨絕緣層的電壓作用下，其隧道電流和隧道電阻依賴于兩個鐵磁層（磁性釘扎層和磁性自由層）磁化強度的相對取向。當磁性自由層在外場的作用下，其磁化強度方向改變，而釘扎層的磁化方向不變，此時兩個磁性層的磁化強度相對取向發(fā)生改變，則可在橫跨絕緣層的的磁性隧道結(jié)上觀測到大的電阻變化，這一物理效應正是基于電子在絕緣層的隧穿效應，因此稱為隧道磁電阻效應（TMR ，Tunneling Magnetoresistance ）。也就是說TMR磁傳感器是利用磁場的變化來引起磁電阻變化，另一方面，我們可以通過觀測TMR磁傳感器的電阻變化來測量外磁場的變化。所以我們可以認為TMR傳感器就是一個電阻，只是TMR傳感器的電阻值隨外加磁場值的變化，其阻值發(fā)生改變。
01TMR線性磁傳感器
線性磁傳感器采用自旋閥結(jié)構(gòu)的TMR多層膜通過現(xiàn)代集成工藝制成。器件采用推挽式惠斯通電橋結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠有效地補償傳感器的溫度漂移。其內(nèi)部包含四個高靈敏度TMR敏感電阻，輸出信號的峰．峰值可達工作電壓的80％，從而降低了許多應用中外部信號放大處理電路的復雜度，在部分應用中甚至不需要進行放大，減小了傳感器體積和降低了整體成本。
02TMR電流傳感器
電流通過導線時在導線周圍會產(chǎn)生磁場，磁場的大小正比于導線中電流的大小，因此采用TMR磁場傳感器測量磁場的大小則可以間接地測量導線中電流的大小，傳感單元仍然采用推挽式惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，輸出信號的峰峰值可達工作電壓的80％。
03TMR角度傳感器
在傳感器芯片上表面放置一塊磁體，通過旋轉(zhuǎn)磁體，該磁體可以在平行于傳感器芯片表面的任意方向產(chǎn)生使TMR芯片飽和的磁場。傳感器中的TMR器件主要由兩磁性層組成，一層是“釘扎層”．磁化方向不受外加磁場影響，另一層是“自由層”，磁化方向隨外加磁場變化，并在外加磁場大小飽和時，與外加磁場方向相同。隧道磁電阻效應使得傳感器電阻隨釘扎層和自由層磁化方向夾角呈余弦關(guān)系變化，所以隨著外加磁場角度變化，傳感器的輸出電壓呈正／余弦曲線。由此我們可以通過傳感器的輸出電壓而得到磁體角度位移的變化。由于正弦或余弦曲線的非單調(diào)性，需要兩個磁敏感方向互相垂直的傳感單元提供的信息來最終確定磁體的角度。
1、功耗更低，電阻率大、工作電流小，工作電壓低；
2、精度高，靈敏度高、信噪比好、分辨率高、線性好、線性范圍寬；
3、體積小，工藝性好，磁藕合、非接觸、抗干擾能力強、穩(wěn)定性好，可在油污、灰塵、雨水等惡劣環(huán)境下工作；
4、溫度穩(wěn)定性好，工作溫度范圍寬，可達200攝氏度；
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