齿轮转速传感器ppt课件

1、齿轮转速传感器齿轮转速传感器巨磁阻传感器应用01巨磁阻效应04巨磁阻传感器工作原理03巨磁阻传感器结构02巨磁阻传感器材料齿轮传感器实际应用0605齿轮传感器电路原框图巨磁阻效应巨磁阻效应 磁阻效应的一种，可以在磁性材料和非磁阻效应的一种，可以在磁性材料和非磁性材料相间的薄膜层几个纳米厚磁性材料相间的薄膜层几个纳米厚结构中观察到。结构中观察到。 这种结构物质的电阻值与铁磁性材料薄这种结构物质的电阻值与铁磁性材料薄膜层的磁化方向有关，两层磁性材料磁膜层的磁化方向有关，两层磁性材料磁化方向相反情况下的电阻值，明显大于化方向相反情况下的电阻值，明显大于磁化方向相同时的电阻值，电阻在很弱磁化方向相同时

2、的电阻值，电阻在很弱的外加磁场下具有很大的变化量。的外加磁场下具有很大的变化量。巨磁阻多层膜巨磁阻多层膜巨磁阻效应多层膜结构是由铁磁层、非磁巨磁阻效应多层膜结构是由铁磁层、非磁性层和铁磁层组成的三明治结构，铁磁性层和铁磁层组成的三明治结构，铁磁金属中的传导电流由自旋向上和自旋向金属中的传导电流由自旋向上和自旋向下的电子分别传输。下的电子分别传输。当传导电子的自旋方向与区域磁矩取向平当传导电子的自旋方向与区域磁矩取向平行时，受到的散射小，因而电阻率低；行时，受到的散射小，因而电阻率低；而当传导电子的自旋方向与区域磁矩取而当传导电子的自旋方向与区域磁矩取向反平行时，受到的散射大，因而电阻向反平行时

3、，受到的散射大，因而电阻率高。率高。因而，在多层膜结构中，传导电子在不同因而，在多层膜结构中，传导电子在不同外磁场作用下的运动情况是不同的。外磁场作用下的运动情况是不同的。 巨磁阻自旋阀巨磁阻自旋阀当铁磁被钉扎层和铁磁自由层的磁矩平行当铁磁被钉扎层和铁磁自由层的磁矩平行时，自旋阀电阻值小；当施加外部反向时，自旋阀电阻值小；当施加外部反向磁场时，铁磁自由层的磁矩发生反转，磁场时，铁磁自由层的磁矩发生反转，两磁性层的磁矩反平行排列，自旋阀电两磁性层的磁矩反平行排列，自旋阀电阻大。阻大。自旋阀阻值大小取决于自由层磁矩是否反自旋阀阻值大小取决于自由层磁矩是否反转，故称这类巨磁阻为自旋阀。转，故称这类巨

4、磁阻为自旋阀。 铁磁和反铁磁材料如铁磁和反铁磁材料如 MnFe 或或 NiO之之间由于存在交换耦合作用可以形成一个间由于存在交换耦合作用可以形成一个偏转场，该偏转场会将被钉扎层的磁化偏转场，该偏转场会将被钉扎层的磁化方向固定住，使得磁性钉扎层的磁化方方向固定住，使得磁性钉扎层的磁化方向在一定的磁场范围内不随外磁场发生向在一定的磁场范围内不随外磁场发生转动。因而，外磁场可以较方便地改变转动。因而，外磁场可以较方便地改变自由层磁化方向。自由层磁化方向。巨磁阻传感器的结构巨磁阻传感器的结构 巨磁阻传感器是利用现代集成器件工艺巨磁阻传感器是利用现代集成器件工艺将四个材料相同阻值相等的多层膜或自将四个材

5、料相同阻值相等的多层膜或自旋阀巨磁阻电阻，以惠斯通电桥的形式旋阀巨磁阻电阻，以惠斯通电桥的形式连接起来构成的。连接起来构成的。 其中其中 R2 和和 R4 被被 NiFe 磁屏蔽层屏蔽磁屏蔽层屏蔽，R1 和和 R3 没有被屏蔽。没有被屏蔽。巨磁阻传感器的工作原理巨磁阻传感器的工作原理 当有外磁场作用时，当有外磁场作用时，R2 和和 R4 的电阻的电阻不会发生变化，只要不会发生变化，只要 R1 和和 R3 的电阻的电阻发生变化，从而使电桥的输出发生变化发生变化，从而使电桥的输出发生变化。这样，整个电桥的输出即反映外磁场。这样，整个电桥的输出即反映外磁场的大小。的大小。 这种桥式结构还可以提供较好

6、的温度补这种桥式结构还可以提供较好的温度补偿，使得芯片的温度漂移较小。偿，使得芯片的温度漂移较小。巨磁阻传感器的工作原理巨磁阻传感器的工作原理 NiFe 磁屏蔽层的作用不仅是可以使得磁屏蔽层的作用不仅是可以使得 R2 和和 R4 的电阻在外磁场的影响下不的电阻在外磁场的影响下不发生变化发生变化NiFe 磁屏蔽层的另外一个重磁屏蔽层的另外一个重要的作用就是，它能够把任意方向的外要的作用就是，它能够把任意方向的外磁场都偏置到垂直于磁场都偏置到垂直于 R1 和和 R3 电阻的电阻的方向分布在垂直于电阻方向分布在垂直于电阻 R1 和和 R3 方向方向上的磁场的变化。上的磁场的变化。 NiFe 磁屏蔽层

7、的这种能够偏置外磁场磁屏蔽层的这种能够偏置外磁场方向的作用使得巨磁阻芯片只对某一方方向的作用使得巨磁阻芯片只对某一方向的外磁场最敏感，这时桥式结构的输向的外磁场最敏感，这时桥式结构的输出电压信号最大。这个巨磁阻芯片最敏出电压信号最大。这个巨磁阻芯片最敏感的磁场方向就是芯片的磁敏感轴方向感的磁场方向就是芯片的磁敏感轴方向。巨磁阻传感器的工作原理巨磁阻传感器的工作原理 当所加外磁场的方向与巨磁阻芯片的磁当所加外磁场的方向与巨磁阻芯片的磁敏感轴方向不平行时，芯片对磁场的敏敏感轴方向不平行时，芯片对磁场的敏感度会降低。感度会降低。 假设假设 S0是外磁场方向与磁敏感轴平行是外磁场方向与磁敏感轴平行时巨

8、磁阻芯片的灵敏度，时巨磁阻芯片的灵敏度，S 是外磁场方是外磁场方向偏离巨磁阻芯片的磁敏感轴夹角为向偏离巨磁阻芯片的磁敏感轴夹角为 时芯片的灵敏度，则有时芯片的灵敏度，则有 S = S0 * cos齿轮传感器原理框图齿轮传感器原理框图 所研制的巨磁阻齿轮转速传感器主要由巨磁阻芯片、永磁体和信号处理电路所研制的巨磁阻齿轮转速传感器主要由巨磁阻芯片、永磁体和信号处理电路三部分组成齿轮是由导磁材料做成的，易被永磁体磁化。三部分组成齿轮是由导磁材料做成的，易被永磁体磁化。 巨磁阻芯片的磁敏感轴方向沿齿轮运动方向。被磁化的齿轮在转动过程中会巨磁阻芯片的磁敏感轴方向沿齿轮运动方向。被磁化的齿轮在转动过程中会

9、使分布在巨磁阻芯片周围的磁场信号发生周期性变化。巨磁阻芯片可以灵敏使分布在巨磁阻芯片周围的磁场信号发生周期性变化。巨磁阻芯片可以灵敏地感应这个微弱变化的磁场信号，并把它转换输出为相应的电压信号。地感应这个微弱变化的磁场信号，并把它转换输出为相应的电压信号。 把这个电压信号再经过一定的信号放大和比较电路处理后，可以得到标准的把这个电压信号再经过一定的信号放大和比较电路处理后，可以得到标准的方波信号输出。利用输出信号方波的频率与被测齿轮齿数之间存在的关系，方波信号输出。利用输出信号方波的频率与被测齿轮齿数之间存在的关系，即可以得到齿轮的相应转速。即可以得到齿轮的相应转速。 巨磁阻传感器的实际应用巨

10、磁阻传感器的实际应用 在理想情况下，当选用多层膜巨磁阻芯在理想情况下，当选用多层膜巨磁阻芯片做转速传感器探头时，齿轮每转过一片做转速传感器探头时，齿轮每转过一个齿周期，该探头的输出曲线如右图所个齿周期，该探头的输出曲线如右图所示。信号经后续调理电路处理后可输出示。信号经后续调理电路处理后可输出两个方波信号，呈现双极特性。两个方波信号，呈现双极特性。 永磁体与巨磁阻芯片相对位置的有偏差永磁体与巨磁阻芯片相对位置的有偏差时，多层膜巨磁阻芯片的工作磁场区间时，多层膜巨磁阻芯片的工作磁场区间偏置到了其单边线性区间，齿轮每转过偏置到了其单边线性区间，齿轮每转过一个齿周期，信号经后续调理电路处理一个齿周期，信号经后续调理电路处理后只输出一个方波信号。后只输出一个方波信号。 自旋阀巨磁阻芯片输出信号是有正负区自旋阀巨磁阻芯片输出信号是有正负区别的。即使永磁体与巨磁阻芯片的相对别的。即使永磁体与巨磁阻芯片的相对位置有偏差，齿轮每转过一个齿周期，位置有偏差，齿轮每转过一个齿周期，信号再经后续调理电路处理后只输出一信号再经后续调理电路处理后只输出一个方波信号。个方波信号。巨磁阻传感器的实际应用巨磁阻传感器的