巨磁電阻（GMR）磁場(chǎng)傳感器的工作原理
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1. 巨磁電阻（GMR）原理，見圖一。
巨磁電阻（GMR）效應(yīng)來自于載流電子的不同自旋狀態(tài)與磁場(chǎng)的作用不同，因而導(dǎo)致的電阻值的變化。這種效應(yīng)只有在納米尺度的薄膜結(jié)構(gòu)中才能觀測(cè)出來。賦以特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這種效應(yīng)還可以調(diào)整以適應(yīng)各種不同的性能需要。
反鐵磁耦合時(shí)（外加磁場(chǎng)為0）處于高阻態(tài)的導(dǎo)電輸出特性，電阻：R1/2
外加磁場(chǎng)使該磁性多層薄膜處于飽和狀態(tài)時(shí)（相鄰磁性層磁矩平行分布），而電阻處于低阻態(tài)的導(dǎo)電輸出特性，電阻：R2*R3/（R2+R3），R2>R1>R3
圖1、利用兩流模型來解釋GMR的機(jī)制
巨磁電阻（GMR）傳感器將四個(gè)巨磁電阻（GMR）構(gòu)成惠斯登電橋結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以減少外界環(huán)境對(duì)傳感器輸出穩(wěn)定性的影響，增加傳感器靈敏度。工作時(shí)圖中“電流輸入端”接5V~20V的穩(wěn)壓電壓，“輸出端”在外磁場(chǎng)作用下即輸出電壓信號(hào)。
圖2（1）：惠斯凳電橋在磁場(chǎng)傳感器應(yīng)用中的原理
圖2（2）：惠斯凳電橋中R1和R2在外加磁場(chǎng)作用下的變化情況
圖三所示為巨磁電阻（GMR）傳感器在外場(chǎng)中的性能曲線，表明該傳感器在±200Oe的磁場(chǎng)范圍類有較好的線性。
圖3：巨磁電阻（GMR）在外加磁場(chǎng)下的性能曲線
表一 各公司巨磁電阻（GMR）傳感器性能對(duì)照 
a . 巨磁電阻（GMR）傳感器作為一種有源器件，其工作必須提供5~20V的直流電源。而且該電源的穩(wěn)定性直接影響傳感器的測(cè)試精度，因此要求以穩(wěn)壓電源提供；使用中也應(yīng)避免過電壓供電；
b .巨磁電阻（GMR）傳感器作為一種高精度的磁敏傳感器，對(duì)使用磁環(huán)境也有一定的要求，其型號(hào)選用應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境的磁場(chǎng)大小來決定；
c. 巨磁電阻（GMR）傳感器對(duì)磁場(chǎng)的靈敏度與方向有關(guān)。其外形結(jié)構(gòu)上標(biāo)注的敏感軸為傳感器對(duì)磁場(chǎng)最為靈敏的方向，
參見圖四。當(dāng)不平行時(shí)，靈敏度降低，其關(guān)系為
Sθ=S0COSθ
其中Sθ為磁場(chǎng)方向與傳感器敏感軸間的夾角為θ時(shí)的靈敏度，S0為磁場(chǎng)方向與傳感器敏感軸平行時(shí)的靈敏度。
圖4 巨磁電阻（GMR）傳感器外形結(jié)構(gòu)及接線圖
評(píng)論