KMT36H磁傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)

大家好，我是【廣州工控傳感★科技】KMT36H磁阻傳感器事業(yè)部，張工。

KMT36H磁傳感器監(jiān)控溫度、壓力、張力或流量等屬性的傳感器會(huì)提供與所需參數(shù)直接相關(guān)的輸出信號(hào)。另一方面，KMT36H磁傳感器不同于大多數(shù)的這類(lèi)檢測(cè)器，因?yàn)榇艂鞲衅魍ǔ２皇侵苯訙y(cè)量相關(guān)的物理屬性，而是檢測(cè)變化，或者由物體或事件造成或改變的磁場(chǎng)干擾。因此，磁場(chǎng)可能帶有與方向、存在狀態(tài)、旋轉(zhuǎn)、角度或電流等屬性相關(guān)的信息，而這些信息將由磁傳感器轉(zhuǎn)換為電壓。少數(shù)磁傳感器是完全測(cè)量磁場(chǎng)，例如指南針中測(cè)量地磁場(chǎng)。

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輸出信號(hào)需經(jīng)過(guò)一些信號(hào)處理以轉(zhuǎn)換為所需參數(shù)。顯然，磁場(chǎng)分布取決于產(chǎn)生或干擾磁場(chǎng)的物體（即磁體、電流等）或事件的距離和形式。因此，在應(yīng)用設(shè)計(jì)中，應(yīng)始終考慮傳感器和產(chǎn)生磁場(chǎng)的物體這兩方面的因素，這一點(diǎn)非常重要。盡管KMT36H磁傳感器的使用難度更大，但卻能提供精確、可靠的數(shù)據(jù)，而且無(wú)需使用物理連接。

磁阻效應(yīng)

將一個(gè)鐵塊放在磁場(chǎng)中，注意到鐵塊的電阻發(fā)生了微弱變化，由此發(fā)現(xiàn)了磁阻效應(yīng)。但直到100多年后的1971年，才第一次提出了磁阻 (MR) 傳感器的概念。又經(jīng)過(guò)20年，到了1991年，在硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中引入了第一個(gè)MR頭，使用一條磁阻材料來(lái)檢測(cè)位數(shù)。具有感應(yīng)電流 I 和磁化矢量M的磁阻薄膜，與薄膜平面上的電流形成角度 α，以此確定信號(hào)（見(jiàn)圖 1）。磁場(chǎng) Hy 耦合到軟磁傳感器材料中，這將改變由感應(yīng)電流探測(cè)的帶條電阻系數(shù)。

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過(guò)渡金屬中磁阻效應(yīng)的物理起源在于依賴(lài)電子散射的磁化方向。在過(guò)渡金屬中，主要的電流載體是4s電子，因?yàn)槠溥w移率高于3d電子。當(dāng)電子從平行方向遷移到磁化方向時(shí)，從s到d頻段的電子散射最高。

惠斯通電橋

在大多數(shù)應(yīng)用中，并不適合使用理論性的亨特元件，因?yàn)槠洳荒芴峁┝慊鶞?zhǔn)。通過(guò)使用惠斯通電橋，可避免這種劣勢(shì)以及電阻的溫度依賴(lài)性。

磁場(chǎng)單位

不熟悉磁學(xué)知識(shí)的普通讀者會(huì)認(rèn)為，磁場(chǎng)單位的使用情況相當(dāng)混亂。下表應(yīng)該有助于快速找到不同單位之間所用的換算系數(shù)：

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按磁場(chǎng)劃分的傳感器類(lèi)型

磁阻傳感器基本可分為兩個(gè)類(lèi)別。在高磁場(chǎng)應(yīng)用中，例如施加場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度高到足以使軟磁傳感器材料達(dá)到飽和（約為 H>10 kA/m）時(shí)，傳感器中的磁化矢量始終（幾乎）平行于施加場(chǎng)。磁阻高磁場(chǎng)傳感器的一個(gè)常見(jiàn)應(yīng)用是非接觸式角度傳感器，例如KMT32B、KMT36H或KMXP位移傳感器。在低磁場(chǎng)應(yīng)用中，磁化矢量主要由帶條的形式?jīng)Q定，因?yàn)榇呕@示了縱向流變的自然偏好。外部磁場(chǎng)導(dǎo)致帶條中磁化的α扭曲，這在MR效應(yīng)的作用下改變了電阻。此模式中通常會(huì)使用線(xiàn)性低磁場(chǎng)KMT36H傳感器。

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帶有線(xiàn)性化傳遞曲線(xiàn)

對(duì)亨特元件施加低磁場(chǎng)只會(huì)引起磁化的輕微變化，反過(guò)來(lái)公式 (1) 中的余弦項(xiàng)將很難隨α的輕微變化發(fā)生變化。亨特元件對(duì)較小的磁場(chǎng)強(qiáng)度不敏感。為了使 MR 傳感器能夠感應(yīng)到低磁場(chǎng)，必須修改 MR 傳遞曲線(xiàn) (1)。最常用的方式是通過(guò)巴伯極來(lái)實(shí)現(xiàn)（見(jiàn)圖 2）。

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巴伯極是很小的高導(dǎo)電金屬條，放置在坡莫合金的頂部。受幾何結(jié)構(gòu)作用，其將對(duì)坡莫合金中的電流進(jìn)行分流并改變電流通路，但并不會(huì)改變磁性行為。巴伯極間隙之間的電流將沿最短的通路傳遞，例如垂直于巴伯極。