磁阻傳感器HMC102用于車(chē)輛檢測技術(shù)

一、引言

　　目前國內外智能交通行業(yè)車(chē)輛檢測裝置采用的技術(shù)除了最早研發(fā)的地感線(xiàn)圈技術(shù)以外，還包括光電技術(shù)、超聲波技術(shù)、微波技術(shù)、視頻技術(shù)等，然而后面幾種技術(shù)容易受到日照、風(fēng)雨、電磁場(chǎng)等外界干擾，應用范圍受到很大的限制，因此地感線(xiàn)圈仍為主要的檢測手段。地感線(xiàn)圈作為車(chē)輛檢測器，是在道路表層下埋置環(huán)形感應線(xiàn)圈，以測定電感變化檢測車(chē)輛是否存在。地感線(xiàn)圈雖然是相對成熟的車(chē)輛檢測技術(shù)，但仍有許多缺點(diǎn)。利用AMR （Anisotropic Magneto Resistant）各向異性磁傳感器進(jìn)行的地磁車(chē)輛檢測，通過(guò)檢測汽車(chē)對地磁信號的擾動(dòng)，判斷車(chē)輛的到位及通過(guò)，從而實(shí)現車(chē)輛信息的分析、控制及管理，具有安裝簡(jiǎn)便、抗干擾能力強、集成化程度高等更多優(yōu)點(diǎn)。

　　二、AMR各向異性磁阻傳感器的工作原理

　　物質(zhì)在磁場(chǎng)中電阻發(fā)生變化的現象稱(chēng)為磁電阻效應。磁電阻效應有基于霍爾效應的普通磁電阻效應和各向異性磁電阻效應之分。對于強磁性金屬（鐵、鈷、鎳及其合金），當外加磁場(chǎng)平行于磁體內部磁化方向時(shí)， 電阻幾乎不隨外加磁場(chǎng)而變; 當外加磁場(chǎng)偏離金屬的內磁化方向時(shí)，金屬的電阻減小，這就是各向異性磁電阻效應。

　　AMR各向異性傳感器的基本單元是用一種長(cháng)而薄的坡莫（Ni-Fe）合金用半導體工藝沉積在以硅襯底上制成的，沉積的時(shí)候薄膜以條帶的形式排布，形成一個(gè)平面的線(xiàn)陣以增加磁阻的感知磁場(chǎng)的面積。外加磁場(chǎng)使得磁阻內部的磁疇指向發(fā)生變化，進(jìn)而與電流的夾角發(fā)生變化，就表現為磁阻電阻各向異性的變化。從圖1可以清楚地看到，坡莫合金薄膜的電阻依賴(lài)于磁化強度M 和電流I 方向的夾角θ ，即

　　式中，R// —電流方向與磁化方向平行時(shí)的電阻；R⊥—電流方向與磁化方向垂直時(shí)的電阻。

　　當電流方向與磁化方向平行時(shí)，傳感器最敏感。而一般磁阻都工作于圖中45°線(xiàn)性區附近，這樣可以實(shí)現輸出的線(xiàn)性特性。

　　美國霍尼韋爾公司磁阻傳感器HMC102是一款性能優(yōu)秀的磁阻傳感器，其核心部分是由4個(gè)帶狀坡莫合金薄膜構成的惠斯通電橋。當其暴露在變化磁場(chǎng)中時(shí)，其電阻有所改變（ΔR），引起相應輸出電壓的變化，圖2所示是HMC1021的輸出曲線(xiàn)，在磁場(chǎng)±6Gauss內有一個(gè)靈敏度為1mV/Gauss的線(xiàn)性區域，可精確提供磁場(chǎng)強度和方向變化的信息。通過(guò)將兩個(gè)各向異性的磁阻傳感器接在一起，該部件成為兩軸傳感器，將其水平安裝后，能夠將任何水平磁場(chǎng)分為X軸和Y軸向量分量。圖3表示HMC1022傳感器中該傳感器的組合。當磁場(chǎng)方向為BS方向的地球磁場(chǎng)時(shí)，傳感器將磁場(chǎng)分成Bx、By向量分量。這樣，Bx、By就既能代表分方向，也能代表BS的幅值。當有鐵磁性物質(zhì)靠近傳感器時(shí)，BS的方向和幅值就會(huì )發(fā)生變化。要注意的是，該器件在曝露于強磁場(chǎng)范圍內使用時(shí)必須進(jìn)行合適的置位/復位操作?；裟犴f爾磁傳感器提供了在當地磁場(chǎng)范圍內非常靈敏的磁阻傳感器?？蓽y量幾十微高斯的磁場(chǎng)，這是霍爾元件所不能做到的。由于它的體積小、全固態(tài)、在某些場(chǎng)合下可以取代磁通門(mén)傳感器。

　　三、AMR傳感器在車(chē)輛檢測中的應用

　　由于幾乎所有的道路車(chē)輛的底盤(pán)都含有一定數量的黑色金屬（鐵、鋼、鎳、鈷等），所以磁傳感器很適合用于檢測車(chē)輛。但并不是所有的車(chē)輛都發(fā)出在檢測中磁傳感器可以使用的磁場(chǎng)，所以就不能用諸如霍爾傳感器“強磁場(chǎng)”的大多數傳感裝置，“弱磁場(chǎng)”傳感器被用來(lái)收集該磁場(chǎng)以及附近車(chē)輛產(chǎn)生的干擾，圖4說(shuō)明了一個(gè)鐵磁性物體，如汽車(chē)，是如何干擾地球磁場(chǎng)的。大的鐵磁物體的磁擾動(dòng)，如汽車(chē)，可看作多個(gè)雙極性磁鐵組成的模型。這些雙極性磁鐵具有北－南的極化方向，引起地球磁場(chǎng)的擾動(dòng)。這些擾動(dòng)在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機和車(chē)輪處尤為明顯，但也取決于在車(chē)輛內部、車(chē)頂或后備箱中有沒(méi)有其它鐵磁物質(zhì)?？傊?，其綜合影響是對地球磁場(chǎng)磁力線(xiàn)的扭曲和畸變。