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BALLUFF磁敏傳感器選型與原理
閱讀：1867 發(fā)布時間：2018-9-6BALLUFF磁敏傳感器中,，霍爾元件及霍爾傳感器的生產(chǎn)量是 大的,。它主要用于無刷直流電機(jī)（霍爾電機(jī)）中，這種電機(jī)用于磁帶錄音機(jī)、錄像機(jī)、XY記錄儀,、打印機(jī)、電唱機(jī)及儀器中的通風(fēng)風(fēng)扇等,。另外,，霍爾元件及霍 爾傳感器還用于測轉(zhuǎn)速、流量,、流速及利用它制成高斯計(jì),、電流計(jì)、功率計(jì)等儀器,。
磁敏傳感器是傳感器產(chǎn)品的一個重要組成部分, 隨著我國磁敏傳感器技術(shù)的發(fā)展, 其產(chǎn)品 種類和質(zhì)量將會得到進(jìn)一步發(fā)展和提高, 進(jìn)軍汽車, 民用儀表等這些量大面廣的應(yīng)用領(lǐng)域即 將實(shí)現(xiàn).國產(chǎn)的電流傳感器,高斯計(jì)等產(chǎn)品日前已經(jīng)開始走入市場,與國外產(chǎn)品的差距 正在快速縮小。
BALLUFF磁敏傳感器的工作原理
BALLUFF磁敏傳感器,，顧名思義就是感知磁性物體的存在或者磁性強(qiáng)度(在有效范圍內(nèi))這些磁性材料除永磁體外,，還包括順磁材料(鐵、鈷,、 鎳及其它們的合金)當(dāng)然也可包括感知通電(直,、交)線包或?qū)Ь€周圍的磁場。
一,， 傳統(tǒng)的磁檢測中首先被采用的是電感線圈為敏感元件,。特點(diǎn)正是無須在線圈中通電，一般僅對運(yùn)動中的永磁體或電流載體起敏感作用,。后來發(fā)展為用線圈組成振蕩槽路的,。 如探雷器,， 金屬異物探測器,，測磁通的磁通計(jì)等. (磁通門,，振動樣品磁強(qiáng)計(jì)),。
二, 霍爾傳感器
霍爾傳感器是依據(jù)霍爾效應(yīng)制成的器件,。
霍爾效應(yīng)：通電的載體在受到垂直于載體平面的外磁場作用時，則載流子受到洛倫茲力的作用,， 并有向兩邊聚集的傾向,由于自由電子的聚集(一邊多一邊必然少)從而形成電勢差,， 在經(jīng)過特殊工藝制備的半導(dǎo)體材料這種效應(yīng)更為顯著。從而形成了霍爾元件,。早期的霍爾效應(yīng)的材料Insb(銻化銦),。為增強(qiáng)對磁場的敏感度,在材料方面半導(dǎo) 體IIIV 元素族都有所應(yīng)用。近年來,，除Insb之外,，有硅襯底的，也有砷化鎵的,?；魻柶骷捎谄涔ぷ鳈C(jī)理的原因都制成全橋路器件，其內(nèi)阻大約都在 150Ω~500Ω之間,。對線性傳感器工作電流大約在2~10mA左右,，一般采用恒流供電法。
Insb與硅襯底霍爾器件典型工作電流為10mA,。而砷化鎵典型工作電流為2 mA。作為低弱磁場測量,，我們希望傳感器自身所需的工作電流越低越好。（因?yàn)殡娫粗車从写艌?，就不同程度引進(jìn)誤差,。另外,，目前的傳感器對溫度很敏感,，通 的電流大了,，有一個自身加熱問題,。（溫升）就造成傳感器的零漂。這些方面除外附補(bǔ)償電路外,，在材料方面也在不斷的進(jìn)行改進(jìn),。
BALLUFF霍爾傳感器主要有兩大類，一類為開關(guān)型器件,，一類為線性霍爾器件,，從結(jié)構(gòu)形式（品種）及用量,、產(chǎn)量前者大于后者?；魻柶骷捻憫?yīng)速度大約在1us 量級,。
三，BALLUFF磁阻傳感器
BALLUFF磁阻傳感器,，磁敏二極管等是繼霍爾傳感器后派生出的另一種磁敏傳感器,。采用的半導(dǎo)體材料于霍爾大體 相同。但這種BALLUFF傳感器對磁場的作用機(jī)理不同,，傳感器內(nèi)載流子運(yùn)動方向與被檢磁場在一平面內(nèi)。（順便提醒一點(diǎn),，霍爾效應(yīng)于磁阻效應(yīng)是并存的,。在制造霍爾器件時 應(yīng)努力減少磁阻效應(yīng)的影響，而制造磁阻器件時努力避免霍爾效應(yīng)（在計(jì)算公式中,，互為非線性項(xiàng)）,。在磁阻器件應(yīng)用中，溫度漂移的控制也是主要矛盾,，在器件制 備方面,，磁阻器件由于與霍爾不同，因此,，早期的產(chǎn)品為單只磁敏電阻,。由于溫度漂移大，現(xiàn)在多制成單臂（兩只磁敏電阻串聯(lián)）主要是為補(bǔ)償溫度漂移,。目前也有 全橋產(chǎn)品,，但用法（目的）與霍爾器件略有差異。據(jù)報(bào)導(dǎo)磁阻器件的響應(yīng)速度同霍爾1uS量級,。
BALLUFF磁阻傳感器由于工作機(jī)理不同于霍爾,，因而供電也不同，而是采用恒壓源（但也需要一定的電流）供電,。當(dāng)后續(xù)電路不同對供電電源的穩(wěn)定性及內(nèi)部噪聲要求高低有所不同。
四,， 磁敏器件應(yīng)用的問題
BALLUFF磁敏器件（單元）體積問題：
在磁敏元件作為檢測磁場而設(shè)計(jì)和制造的 ,，一般檢測的概念是：測量磁場中某一點(diǎn)的磁性。作為點(diǎn)的定義在幾何學(xué)中是無限小的,。在磁場檢測中,，由于磁場的面積、體積,、縫隙大小等都是有限面積（尺 寸）,，因此我們希望磁敏元件之面積與被測磁場面積相比也應(yīng)該是越小越準(zhǔn)確,。在磁場成像的技術(shù)中，元件體積越小,，在相同的面積內(nèi)采集的像素就愈多,。分辨率、 清晰度越高,。在表面磁場測量與多級磁體的檢測中,，在磁柵尺中，必然有如此要求,。從磁敏元件工作機(jī)理看,，為提高靈敏度在幾何形狀處于磁場中的幾何尺寸都有相 應(yīng)要求，這與“點(diǎn)”的要求是相矛盾的,。在與國外專家技術(shù)交流中得知,，1999年俄羅斯專家說他們制成了體積0 .6mm得探頭（是幾個研究所合作搞成的）。美國也有相應(yīng)的產(chǎn)品,，售價約70美元一只,。是否是目前高水平，未見其它報(bào)導(dǎo),。
BALLUFF磁敏傳感器的發(fā)展特點(diǎn)
1. 集成電路技術(shù)的應(yīng)用. 將硅集成電路技術(shù)應(yīng)用于磁敏傳感器, 制成集成磁敏傳感器.
2.InSb 薄膜技術(shù)的開發(fā)成功,使得霍爾器件產(chǎn)能劇增,成本大幅度下降.
3.強(qiáng)磁體合金薄膜得到廣泛應(yīng)用.各種磁阻器件出現(xiàn),應(yīng)用領(lǐng)域廣泛.
4.巨磁電阻多層薄膜的研究與開發(fā).新器件的高靈敏度,高穩(wěn)定性,引起研制高密度 記錄磁盤讀出頭的科技人員的極大關(guān)注.
5.非晶合金材料的應(yīng)用.與基礎(chǔ)器件配套應(yīng)用,大大改善了磁傳感器性能.
6.Ⅲ—V 族半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的開發(fā)和應(yīng)用.通過外延技術(shù),形成異質(zhì)結(jié)構(gòu),提高 磁敏器件的性能.