传感器课件：磁电阻式传感器（MR传感器）.pptxVIP

磁电阻式传感器（MR传感器）;铁磁物质中存在着两类电阻“反常现象”，第一类“反常现象”中，电阻率随着磁化强度而变化，不依赖于磁场的方向，且对温度极为敏感，在居里点附近电阻率发生急剧变化。有人认为其电阻率的变化率正比于总磁化强度的平方I2和某一起始值之差，这个起始值与自发磁化强度的平方 成正比，所以;第二类“反常现象”叫做磁电阻各向异性效应，是thomson在1857年发现的。这个效应依赖于铁磁体中电流密度J与磁化强度I的相对取向。这两种现象的本质差别在于，前者基本上只取决于原子中不成对3d电子之间的交换作用力。

而后者是铁磁体技术磁化的结果，它与自发磁化强度在晶体内的取向和铁磁体内不同磁相的体积浓度分配有关，也就是依赖于总的技术磁化强度，在理论上可用电子的自旋磁矩与轨道磁矩相互耦合和电子d能带的分裂来解释。本节讨论的就是这种效应。;自发磁化

是在朗之万顺磁性理论基础上，先引入“分子场”的概念来唯象地解释自发磁化。出分子场的来源（即自发磁化的本质）就是磁性原子（离子）电子与电子间的静电交换相互作用。但是这种直接交换作用模型不能用于解释铁氧体、3d过渡金属合金以及稀土的磁性，这三种物质的磁性和自发磁化应分别用超交换作用、能带理论以及RKKY交换作用加以解释。;技术磁化

实际中使用的磁性材料，其共同点是材料内部存在磁畴，不同处是磁畴结构及其运动的变化方式不同，相应地其磁化曲线与磁滞回线的形状也就不同。技术磁化是在缓慢变化或低频交变磁场中进行磁化，所考虑的是磁化已经达到稳定状态的问题。

了解磁化过程及磁化机制；掌握畴壁位移磁化和畴转磁化的机制；掌握推导可逆磁化时的起始磁导率的解题方法；理解不可逆磁化过程，掌握巴克豪森跳跃的概念及过程；对于反磁化过程，理解三种产生磁滞的机制，掌握推导不可逆畴转过程中的矫顽力Hc的解题方法；理解剩磁Br的物理概念，并掌握易磁化轴数目与剩磁比之间的关系；掌握在不同磁化状态下自发磁化强度矢量在空间的分布

应用磁学

研究与应用有关的磁学问题。如微波磁学、磁光、磁热、磁电、磁力相互作用的交叉现象。;我们首先考查Ni0.9942C0.0058合金。下图表明了磁化强度M平行或垂直于电流I的纵向磁电阻率ρ11和横向磁电阻率ρ⊥。样品磁化饱和以后，如果磁场增加至数千Oe，ρ//和ρ⊥等量地均匀减小，ρ//（H）和ρ⊥（H）所呈现的变化规律几乎完全一样。;NiFe合金和NiCo合金的各向异性磁电阻效应直接与技术磁化有关从磁化机制而言，属于磁畴磁化矢量的转动过程。;3~4%

关于磁电阻效应的机理，至今尚有许多不清楚的地方。磁阻传感器的原理仍是根据实验中所发现的一些规律来设计的。

理论上的缺陷没有阻止MR元件的研究和应用

块状与薄膜;二、磁性薄膜MR元件的特性;有两种表示磁电阻效应的公式，两式具有相同的形式，只是一个用电阻值表示，而另一个则用电阻率表示。我们知道电阻率是材料的固有参数，而电阻值则是考虑了材料的几何形状的结果。在下面的分析中，我们均采用电阻值表示式来描述铁磁薄膜的磁电阻特性。;把两个磁电阻效应完全相同的电阻体（铁磁金属薄膜A、B）象图那样垂直放置，以b点为中心将RA、RB串联起来，让电流流过ac端，这样就构成了三端型MR元件，在这种元件中以足够强度的磁场作用于薄膜电阻平面，使元件磁化饱和。将磁场的角度的原点取在RA的电流方向上，那么这样三端型MR元件的结构原理图如图所示。RA（）、RB（）的关系为;为退磁状态下（或一周内的平均值。即;给定激励电压V的情况下．输出电压V正比于们称该值为各向异性磁电阻系数。;金属;半导体霍尔效应

+;这种MR元件和霍尔效应元件相比具有如下独特优点:;细分;4、灵敏的方向性。下图所示是外场方向与MR元件平面所呈不同夹角时的输出特性。当外场垂直于薄膜平面时，其输出为零。因此，在使用这种传感器时，可以利用这一特性将磁敏电阻传感器的平面与外界干扰磁场相垂直，就能避免外界磁场的干扰。;5、宽的频带响应。MR元件的频响特性如图所示。;差动电桥;参数;三、传感器的设计;全电阻2R0=1.4±0.1KΩ

输出信号Vpp=140mV电源电压V=12V

（一）薄膜材料的选择;(二)、基片材料的选择;（四）、电阻条宽的确定;可算得n及每条长度;四、MR元件的制备;光刻胶;基;金基;显影液;金基;已知金属图形和光刻板，求光刻胶的类型;五、MR传感器的输出电路;V;（一）.恒压源供电时电桥的输出;US;（二）.恒流源供时电桥的输出;3、电桥输出电路;即有;（三）外加偏置磁场;HX;B;1;2003级马韬同学友情提供;RD;对这种具有辨向功能的四端MR元件的使用需要注意的是，电源电压必须正确的施加。上式的导出是在电源电压如图所示的方法施加情况下的结果。如果电源电压接在RB、RC和R