巨磁電阻傳感器在磁場線性測量領域中的應用

1.概述

磁場測量在工業(yè)領域具有廣泛的應用，在磁場的脈沖量，開關量以及線性量的測量中，使用最為廣泛的是霍爾傳感器，由于其較低的品種繁多的產(chǎn)品以及較低的成本，使得霍爾傳感器在磁場測量領域具有較高的地位。隨著巨磁電阻(GMR)傳感器的成功研制，其優(yōu)越的性能越來越受到人們的關注，使得GMR傳感器在傳統(tǒng)的磁場測量領域占據(jù)了一席之地。

在磁場測量領域，線性量的測量對磁傳感器性能具有比較高的要求。磁傳感器的測量范圍，響應頻率，靈敏度以及溫度適應性等一系列性能指標都對磁場的測量具有較大的影響。

相比其他磁傳感器，GMR傳感器具有較寬的磁場測量范圍，較高的響應頻率和靈敏度以及較強的溫度適應性，在磁場線性測量領域具有較為明顯的優(yōu)勢。本文將以東方微磁公司生產(chǎn)的VA系列巨磁電阻磁傳感器為例，介紹其特性、測試及相關應用。

2.GMR傳感器的結構

2.1 傳感器結構

VA系列巨磁電阻磁傳感器采用惠斯通橋式結構，如圖1所示的。圖中，R1和R3是兩個阻值一樣的電阻，可隨外界磁場的變化輸出一個差分電壓信號，R2和R4由于屏蔽層的作用不感應外界磁場的變化。

圖1中的R2和R4上的陰影部分是傳感器的合金屏蔽層，它有兩個作用：一是屏蔽外磁場對電阻R2和R4的影響，使其不能感應待測場的變化;二是作為一個磁通聚集器，將待測場聚集在R1和R3周圍，使傳感器輸出幅值增大，提高傳感器的靈敏度。

3.GMR傳感器的性能測試及應用測試

3.1 GMR傳感器的輸出性能測試

用于線性磁場測量的GMR傳感器應具有良好的線性度，可測量正反兩個方向的磁場，因此，在測試芯片的選擇上可選擇雙極性的GMR傳感器直接進行測試或選擇單極性的GMR傳感器對其進行偏置處理，將其零點抬高。

圖2是GMR傳感器在磁場從負到正再回到起點的GMR傳感器輸出曲線，反應GMR傳感器的線性特性，有圖可知，GMR傳感器線性性能較好，磁滯小，正向和反向重合性較好，總體來說該型號的GMR傳感器芯片靜態(tài)性能良好。

3.2 GMR傳感器溫度漂移性能

將GMR芯片放入高低溫無磁溫度箱中，每隔10℃記錄一次數(shù)據(jù)，監(jiān)測傳感器從-40℃~+125℃隨溫度變化的漂移性，具體如圖3所示，芯片在整個溫度范圍內輸出變化9.075mv,溫度系數(shù)為0.055mV/℃，可見GMR傳感器芯片的溫度性能比較優(yōu)越。