巨磁電阻傳感器在磁場(chǎng)線(xiàn)性測量領(lǐng)域中的應用

1.概述

磁場(chǎng)測量在工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應用，在磁場(chǎng)的脈沖量，開(kāi)關(guān)量以及線(xiàn)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(chǎng)測量領(lǐng)域具有較高的地位。隨著(zhù)巨磁電阻(GMR)傳感器的成功研制，其優(yōu)越的性能越來(lái)越受到人們的關(guān)注，使得GMR傳感器在傳統的磁場(chǎng)測量領(lǐng)域占據了一席之地。

在磁場(chǎng)測量領(lǐng)域，線(xiàn)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)線(xiàn)性測量領(lǐng)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(guān)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(gè)阻值一樣的電阻，可隨外界磁場(chǎng)的變化輸出一個(gè)差分電壓信號，R2和R4由于屏蔽層的作用不感應外界磁場(chǎng)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(gè)作用：一是屏蔽外磁場(chǎng)對電阻R2和R4的影響，使其不能感應待測場(chǎng)的變化;二是作為一個(gè)磁通聚集器，將待測場(chǎng)聚集在R1和R3周?chē)?，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(xiàn)性磁場(chǎng)測量的GMR傳感器應具有良好的線(xiàn)性度，可測量正反兩個(gè)方向的磁場(chǎng)，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(jìn)行測試或選擇單極性的GMR傳感器對其進(jìn)行偏置處理，將其零點(diǎn)抬高。

圖2是GMR傳感器在磁場(chǎng)從負到正再回到起點(diǎn)的GMR傳感器輸出曲線(xiàn)，反應GMR傳感器的線(xiàn)性特性，有圖可知，GMR傳感器線(xiàn)性性能較好，磁滯小，正向和反向重合性較好，總體來(lái)說(shuō)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(wú)磁溫度箱中，每隔10℃記錄一次數據，監測傳感器從-40℃~+125℃隨溫度變化的漂移性，具體如圖3所示，芯片在整個(gè)溫度范圍內輸出變化9.075mv,溫度系數為0.055mV/℃，可見(jiàn)GMR傳感器芯片的溫度性能比較優(yōu)越。