[实用新型]磁阻传感器

说明书

本实用新型是一种利用磁阻材料制成的传感器，属于传感器类。目前测量位移、角度、振动、速度、压力磁场和电流等方面的传感器，主要是光敏型、电感型、电容型或霍耳元件型等。在实际应用中，光敏传感器受环境影响大，容易受到干扰，而且光源及光敏材料具有一定的使用寿命，结构也比较复杂。电感传感器灵敏度低，精度不高、信号弱，自耗大、体积大。电容传感器适用于特定高频段，易受环境影响、信号弱，需要屏蔽，调制信号处理复杂。霍耳元件传感器输出信号弱，结构复杂（一般为四端）。

本实用新型正是为了克服以上缺点，而设计的一种磁阻传感器，它是利用半导体磁阻效应原理，即当电流流过半导体基片时，若在垂直电流方向加一磁场，如附图1（a）所示，载流子会受到洛仑兹力作用产生偏转，正负电荷会在半导体基片两端面聚集，产生霍耳电场。在电荷聚集一定时，由霍耳电场所产生的电场力会与洛仑兹力平衡，载流子则不再偏转，如附图1（b）所示。因而，一般半导体的磁阻效应并不显著，若把霍耳电场用短路条短路，载流子就会继续受到洛仑兹力作用，不能产生偏转，偏转的角度大小与施加磁场成正比，磁场越大偏转角也越大。最终结果，使电荷的运动路径加长，如附图1（c）所示，即材料的电阻率加大。

根据上述原理，本实用新型利用一种内部具有平行排列短路条的半导体材料，当在电流、磁场和内部的短路条三者相互垂直时，材料的电阻率会大大提高，ρβ／ρo（ρβ－加磁场的电阻率，ρo－不加磁场的电阻率）在10KG（千高斯）下，其变化可达13倍以上，如附图2所示。ρβ／ρo随磁场加大而加大，在小于3KG时，ρβ／ρo正比于B²（B：磁场强度）大于3KG后，ρβ／ρo近似与B成线性关系。

本实用新型的结构如附图3所示。它由基片（1）、磁阻片（2）、引线（3、3′）组成，其特征在于，基片（1）可用陶瓷、铁氧体、氧化铝或塑料经抛磨而成，磁阻片（2）是采用磁阻材料薄片粘接在磨平的基片（1）上，为了增加电阻，把磁阻片（2）光刻成谜宫式形状，根据不同要求可以获得不同的基阻大小。（3、3′）为磁阻片两端的引线，即构成磁阻传感器。将其配上辅助电路和显示或记录仪表，可应用到不同的测量对象中去。

本实用新型实施时使用InSb－NiSb（锑化铟－锑化镍）功能复合磁阻材料，InSb是Ⅲ－Ⅴ族半导体，其载流子具有高的迁移率。NiSb是金属间化合物，具有高的电导率，相当于短路条。采用定向结晶法，制成NiSb纤维在InSb半导体基体中单向平行排列的组织。这种材料具有很高的磁阻效应（如附图2所示），也可以采用高纯的InSb材料基片，用镀膜法，镀上一层高导电率的金属，如铟，然后光刻成短路条。这种材料同样可具有较高的磁阻特性。将上述材料切成片，经抛磨后粘接在陶瓷片上，光刻成谜宫式，其厚度约为20－30μm（微米），条宽100μm，间隙距离为40μm左右。引线用细银丝或镀银细线，光刻时要注意NiSb的纤维（4）要与电流通过的方向垂直。制成后的零磁阻电阻值R。可根据要求在50Ω到5KΩ之间。当外加3000到3500高斯磁场（可用永久磁场或电磁铁），其电阻可增加2－3倍。利用磁阻电阻片在磁场变化时其阻值变化的特征，产生电信号，经处理可达到测量、计数、控制等目的。

附图5为应用本实用新型制成的车辆速度测量仪的示意图，附图4是传感器的电路示意图。在车辆的转动部位［例如车轮（10）或车轴（14）］上安装一永久磁铁（11或15），磁阻传感器（12或16）与磁铁保持一定的距离，固定在磁铁转动的轨迹上，磁铁随车轮每转动一周，传感器上感应到一次磁场变化，产生一个电脉冲信号，通过信号处理器（13或17），可以测量到车辆的运行速度。附图4中（5）是传感器，（6）是分压电阻，（7）是电源，（8）是信号输出，（9）是信号测量仪表。

本实用新型具有反应准确、迅速，灵敏度高，输出信号大，不易受环境影响，抗干扰能力强，易于采集处理，适用于多种环境的高精度测量。同时具有结构简单，轻巧，寿命长等优点。