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磁致伸縮傳感器是眾所周知的一類傳感器，已經(jīng)存在了很長時間，并已在許多應用中找到了商業(yè)用途；從工業(yè)應用到日常用品，如筆記本電腦。這些傳感器通過薄膜利用磁阻效應，無需物理接觸即可進行測量。在本文中，我們將介紹這些傳感器，以及它們的應用和磁阻效應。

磁阻效應

磁阻傳感器基于磁阻效應，也稱為磁阻。磁阻是材料在外加磁場下改變其電阻的能力。在磁致伸縮傳感器中，可以檢測到電阻率的這種變化，結果可以消除遠程物體/環(huán)境的許多屬性。磁阻的概念是一個古老的概念，可以追溯到 1857 年，但直到 100 年后，它才在任何技術應用中實現(xiàn)。

有兩種主要類型的磁阻效應，這取決于所采用的材料類型。第一種稱為各向異性磁阻 (AMR) 效應，主要表現(xiàn)為稀土元素、過渡金屬和鐵磁薄膜的薄膜。第二種機制，稱為巨磁阻 (GMR) 效應，常見于多層薄膜，其中非磁性層將兩個磁性層分開。然而，由于大多數(shù)薄膜磁致伸縮傳感器都表現(xiàn)出 AMR 效應，我們將專注于那個。

AMR 效應具體發(fā)生在 3d 過渡金屬中，這些材料的電阻率變化可以在宏觀上看到。AMR效應發(fā)生在過渡金屬薄膜中，因為3d電子亞殼層沒有被填充，這導致4s亞殼層中的電子在磁場下散射到3d原子軌道中。各向異性是由于電子軌道的不對稱性質（由于自旋軌道耦合），這導致電子平行或垂直于磁化方向行進。

薄膜磁致伸縮傳感器

薄膜磁致伸縮傳感器有時很難使用，因為需要進行一些信號處理才能將信號轉換為所需的輸出。然而，它們是一個非常有用的工具，因為它們可以在不需要物理接觸的情況下提供測量�？傮w而言，磁致伸縮傳感器是一種用于測量由于物體或其他事件干擾本地磁場而引起的任何遠程干擾的工具。從屬性的角度來看，它們可以提供有關這些磁場內的方向、存在、旋轉、角度或電流的信息，但它通常被視為電流，因此需要額外的處理和轉換。

薄膜和非薄膜磁致伸縮傳感器的主要區(qū)別在于承受磁阻的活性材料成分。盡管磁阻可能出現(xiàn)在一些塊狀材料和半導體中，但在薄膜中更常見。原因是這些傳感器中使用的薄膜具有大的飽和磁致伸縮、高飽和磁化強度、低的??各向異性能量和低矯頑力——這些都是這些傳感器的主要實際要求。

通常，惠斯通電橋（一種使用橋電路的兩條腿測量未知電阻的電路）通常用于操作磁致伸縮傳感器。曾經(jīng)使用所謂的亨特元件（以一個磁致伸縮傳感器的創(chuàng)造者命名），但惠斯通電橋具有零參考點，并且沒有任何溫度依賴性（與亨特元件不同）。傳感器內的薄膜通常采用彎曲的幾何形狀實現(xiàn)，因此它會產(chǎn)生強磁各向異性，并可以提供明確定義的靈敏度方向。如前所述，磁致伸縮傳感器需要相關的電輸出。這采用二次三角函數(shù)的形式，這限制了許多傳感器以 180° 的角度進行監(jiān)控。

磁致伸縮傳感器的應用

磁致伸縮傳感器的應用在商業(yè)上很普遍。這些應用包括：

質量傳感器

羅盤應用

壓力傳感器

用于蛋白質測定的生物分子檢測中的磁性標簽

微流體系統(tǒng)中的磁珠操作

高頻射頻器件

光纖光柵傳感器（以及其他類型的光纖傳感器）中的傳感器

氣缸位置傳感器

血液分析儀

用于高溫環(huán)境的傳感器（因為測量值不受溫度影響）

工業(yè)接近傳感器

流量傳感器

磁性編碼器

甚至在許多人可能不知道的日常物品中的一些應用，例如在筆記本電腦的蓋子中、在交通信號燈中檢測燒壞、在殘疾人車輛升降機中、在電梯和叉車中作為位置傳感器。