TMR (Tunneling Magneto Rintangan) Sensor sudut adalah sensor ketepatan - yang tinggi berdasarkan kesan rintangan magneto terowong, yang digunakan secara meluas dalam kawalan perindustrian, elektronik automotif, aeroangkasa dan bidang lain. Prinsip kerjanya sangat menggabungkan teori magnet fizik dan prinsip elektronik, dengan mengukur perubahan nilai rintangan untuk menentukan arah dan kekuatan medan magnet, dan kemudian menentukan maklumat sudut.
I. Prinsip asas kesan TMR
Kesan TMR, atau kesan magnetoresistance terowong, adalah fenomena khas yang berlaku dalam persimpangan terowong magnet (MTJs), yang terdiri daripada dua lapisan ferromagnetik (tetap dan bebas) yang dipisahkan oleh lapisan penipisan magnetik yang tidak -. Apabila lapisan penebat cukup nipis (biasanya beberapa nanometer), elektron boleh menyeberangi lapisan penebat dari satu lapisan ferromagnet ke yang lain di bawah kesan terowong kuantum. Proses terowong ini sangat sensitif terhadap arahan magnetisasi dua lapisan ferromagnet: apabila arahan magnetisasi kedua -dua lapisan adalah selari, rintangan terowong kecil; Apabila arahan magnetisasi adalah antiparallel, rintangan terowong adalah besar. Oleh itu, dengan mengukur perubahan rintangan terowong, ia dapat mencerminkan perubahan relatif arah magnetisasi kedua -dua lapisan ferromagnet.
Ii. Struktur sensor sudut TMR
Sensor sudut TMR biasanya terdiri daripada dua bahagian: cip sensor TMR dan magnet kekal. Di antara mereka, pelbagai struktur MTJ disepadukan di dalam cip sensor TMR, dan setiap struktur MTJ mengandungi lapisan tetap, lapisan penghalang dan lapisan percuma. Arah magnetisasi lapisan tetap ditetapkan semasa proses pembuatan dan tidak berubah dengan medan magnet luaran; Arah magnetisasi lapisan bebas agak fleksibel dan boleh berubah dengan medan magnet luaran. Magnet kekal digunakan untuk menghasilkan medan magnet yang stabil, dan apabila magnet kekal berputar, arah medan magnet yang dihasilkannya juga akan berubah, sehingga mempengaruhi arah magnetisasi lapisan bebas dalam cip sensor TMR.
Iii. Prinsip kerja sensor sudut TMR
1. Pengaruh medan magnet pada lapisan bebas
Apabila magnet kekal berputar, arah medan magnet menghasilkan perubahan. Ini berubah medan magnet akan bertindak pada lapisan bebas dalam cip sensor TMR, menyebabkan arah magnetisasi lapisan bebas berubah dengan sewajarnya. Oleh kerana arah magnetisasi lapisan bebas secara langsung berkaitan dengan magnitud rintangan terowong, perubahan arah magnetisasi akan mengakibatkan perubahan dalam rintangan terowong.
2. Hubungan antara perubahan rintangan dan sudut
Dalam sensor sudut TMR, pelbagai struktur MTJ biasanya diatur pada cip sensor mengikut susun atur tertentu, dan perubahan rintangan struktur MTJ ini ditukar menjadi isyarat elektrik yang boleh diukur oleh reka bentuk litar. Apabila magnet kekal berputar, perubahan ke arah medan magnet membawa kepada perubahan arah magnetisasi lapisan bebas, yang seterusnya menyebabkan perubahan dalam rintangan terowong. Selepas perubahan rintangan ini diubah menjadi isyarat elektrik, sudut putaran magnet kekal dapat ditentukan oleh pemprosesan dan analisis selanjutnya.
Khususnya, sensor sudut TMR biasanya menggunakan reka bentuk litar seperti jambatan wheatstone untuk meminimumkan kesan faktor luaran seperti suhu pada hasil pengukuran. Apabila magnet kekal berputar, struktur MTJ di lokasi yang berbeza pada cip sensor tertakluk kepada medan magnet dari arah dan saiz yang berbeza, menghasilkan perubahan yang berbeza dalam nilai rintangan mereka. Perubahan dalam nilai rintangan ini menghasilkan isyarat pembezaan di jambatan wheatstone, saiznya berkadar dengan sudut putaran magnet kekal. Dengan mengukur saiz isyarat pembezaan ini, sudut putaran magnet kekal dapat ditentukan.
3. Julat pengukuran sudut dan ketepatan
Sensor sudut TMR biasanya mempunyai julat pengukuran yang luas dan ketepatan pengukuran yang tinggi. Oleh kerana kesan TMR sangat sensitif terhadap perubahan arah medan magnet, sensor sudut TMR dapat merealisasikan pengukuran tepat perubahan sudut kecil. Pada masa yang sama, disebabkan penggunaan pengukuran hubungan bukan -, sensor sudut TMR mengelakkan masalah seperti memakai mekanikal dan pencemaran, dan meningkatkan kestabilan dan kebolehpercayaan pengukuran.
Iv. Kelebihan dan aplikasi sensor sudut TMR
1. Kelebihan
Ketepatan yang tinggi: Sensor sudut TMR dapat merealisasikan pengukuran tepat perubahan sudut kecil, dengan ketepatan pengukuran yang tinggi.
Kepekaan yang tinggi: Kerana kesan TMR sangat sensitif terhadap perubahan arah medan magnet, jadi sensor sudut TMR mempunyai kepekaan yang tinggi.
Penggunaan kuasa yang rendah: Sensor sudut TMR mengambil kuasa kurang semasa operasi, yang kondusif untuk penjimatan tenaga dan perlindungan alam sekitar.
Kebisingan rendah: Sensor sudut TMR mempunyai isyarat tinggi - ke - nisbah bunyi dan dapat mengukur maklumat sudut tepat dengan tepat dalam persekitaran yang kompleks.
Drift suhu rendah: Dengan menggunakan reka bentuk litar seperti jambatan wheatstone, sensor sudut TMR dapat mengurangkan pengaruh suhu dan faktor luaran lain pada hasil pengukuran, dan mempunyai hanyut suhu rendah.
2. Permohonan
Kawalan Perindustrian: Dalam talian pengeluaran automatik industri, sensor sudut TMR boleh digunakan untuk mengukur sudut putaran dan maklumat kedudukan bahagian mekanikal untuk merealisasikan kawalan yang tepat.
Elektronik Automotif: Dalam industri automotif, sensor sudut TMR boleh digunakan untuk mengukur sudut putaran dan maklumat kedudukan roda stereng, aci stereng, roda dan komponen lain, untuk meningkatkan kestabilan dan keselamatan memandu kereta.
Aeroangkasa: Dalam bidang aeroangkasa, sensor sudut TMR boleh digunakan untuk mengukur sikap, pesongan kemudi dan parameter utama lain pesawat untuk memastikan keselamatan dan kestabilan pesawat.
V. Kesimpulan
Sensor sudut TMR adalah sensor ketepatan - yang tinggi berdasarkan kesan magnetoresistance terowong, dan prinsip kerjanya menentukan arah dan kekuatan medan magnet dengan mengukur perubahan nilai rintangan, dan kemudian menentukan maklumat sudut. Oleh kerana kelebihan ketepatan yang tinggi, sensitiviti yang tinggi, penggunaan kuasa yang rendah, bunyi yang rendah dan hanyut suhu rendah, sensor sudut TMR digunakan secara meluas dalam kawalan perindustrian, elektronik automotif, aeroangkasa dan bidang lain. Dengan perkembangan berterusan dan kemajuan sains dan teknologi, sensor sudut TMR akan memainkan peranan yang lebih penting pada masa akan datang.