[实用新型]一种基于线圈偏置的AMR线性传感器

说明书

本实用新型公开了一种基于线圈偏置的AMR线性传感器，将AMR线性传感器的基本结构的惠斯通电桥重新布置，具体的，将上两组桥线按照与水平方向成45°角或135°角设计，下面两组电桥与上面两组电桥对称设置，将磁敏薄膜覆盖在AMR线性传感器上并定形，并在磁敏薄膜上先生长一层氮化硅保护层，然后再在上面生长一层A1电极并光刻出图形，本实用新型能够降低制备工艺难度，增加AMR传感器的测量范围，既解决了霍尔传感器灵敏度低的问题，又解决了AMR传感器测量范围窄的问题，大大增加AMR传感器的应用领域和范围，具有良好的社会价值和经济效益。

技术领域

本实用新型涉及线性电流传感器领域，具体为一种基于线圈偏置的AMR线性传感器，适用于无接触式测量大电流（0A到1000A）。

背景技术

电流传感器的主要作用是用来测量通电导线的电流，最简易的办法是直接测量通电电路中电阻两端的电压，推算出电路的电流大小，但是随着社会的进步发展，通电电路中的电流越来越大，已经不能够采用测量电阻两端电压的方法来推算电路中的电流，因为电流越大，电阻发热越厉害，具有高度的危险性，尤其是测量新能源汽车供电电流、充电桩功电流点等大电流的场所，这种方法已经逐渐被弃之不用，取而代之的是采用测量通电直导线产生的磁感应强度的大小，推算出电流的大小，主要有霍尔传感器、TMR传感器、AMR传感器，霍尔传感器具有超宽的测量范围，能够测量较大电流（1000A以上），但是由于霍尔传感器灵敏度较低，对于较低电流（500A以下），测量精度不够大，所以逐渐出现了以TMR和AMR效应为基础的线性电流传感器。而TMR传感器虽然精度较高，但是由于工艺复杂，制造成本较高，与霍尔传感器在价格上没有优势，在一般情况下，竞争优势不明显。而基于AMR效应的电流传感器具有灵敏度高、工艺相对简单、制造成本较低的优势，已经开始引起科研人员的足够重视，多家公司已经开发出AMR电流传感器，极大的提升了电流传感器的性价比。现阶段AMR传感器主要是采用Barber电极来产生一个等效偏置场，并使电流相对于易磁化轴偏移45°角（附图1），从而产生线性输出，这种方法能够测量的磁感应强度范围大概在±20Gauss之间，对应的电流大约为±50A之间，主要跟坡莫合金的饱和磁化强度相关，并且测量范围越大，灵敏度越低。

各向异性磁阻（AMR）传感器 某些金属或半导体在遇到外加磁场时，其电阻值会随着外加磁场的大小发生变化，这种现象叫做磁阻效应，磁阻传感器利用磁阻效应制成。

1857年，Thomson发现坡莫合金的的各向异性磁阻效应；对于有各向异性特性的强磁性金属， 磁阻的变化是与磁场和电流间夹角有关的；我们常见的这类金属有铁、钴、镍及其合金等。

当外部磁场与磁体内建磁场方向成零度角时， 电阻是不会随着外加磁场变化而发生改变的；但当外部磁场与磁体的内建磁场有一定角度的时候， 磁体内部磁化矢量会偏移，薄膜电阻降低，我们对这种特性称为各向异性磁电阻效应（AnisotropicMagnetoresistive Sensor，简称AMR）。

薄膜合金的电阻R就会因角度变化而变化，电阻与磁场特性是非线性的，且每一个电阻并不与唯一的外加磁场值成对应关系；当电流方向与磁化方向平行时，传感器最敏感，在电流方向和磁化方向成45度角度时，一般磁阻工作于图中线性区附近，这样可以实现输出的线性特性。AMR磁传感器的基本结构由四个磁阻组成了惠斯通电桥；其中供电电源为Vb，电流流经电阻；当施加一个偏置磁场H在电桥上时，两个相对放置的电阻的磁化方向就会朝着电流方向转动，这两个电阻的阻值会增加；而另外两个相对放置的电阻的磁化方向会朝与电流相反的方向转动，该两个电阻的阻值则减少。通过测试电桥的两输出端输出差电压信号，可以得到外界磁场值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于线圈偏置的AMR线性传感器及其设计方法，降低工艺难度，增加传感器磁场测试范围，扩大基于AMR效应电流传感器的应用范围，以克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：