基于雙路磁阻傳感器的金屬管浮子流量計的研究

磁阻傳感器工作原理
 
各向異性磁阻（AMR）發生在鐵質材料中，如圖4-1所示。當施加的外磁場垂直于用鐵質材料制成的薄板中的電流時，它本身的電阻值明顯有變化。磁阻傳感器感應沿著空間一個方向的磁場，在此模式范圍內，它們屬于霍爾效應傳感器和SQUID（超導量子干涉裝置之間的傳感器）。SQUID可測量比1μOe還小幾個數量級的磁場。金屬管浮子流量計磁阻傳感器通常用于測量1μOe到10Oe的磁場。惠斯頓電橋是磁阻傳感器的基礎電氣元件。
 
圖4-1說明了磁阻傳感器的工作原理和一個磁阻（MR）板對外部磁場的典型響應。圖4-2所示為用四個磁控電阻器制成的惠斯頓電橋，帶有一個供電電壓bV，使電流通過電橋。如圖所示，施加一個偏磁場，使在所有電阻中的磁化強度和電流間有一個約45°的夾角。如果電阻器是同一種結構，則所有四個電阻器的電阻是相同的，正交施加磁場h使兩個反向放置的電阻器因磁化而轉向電流，使電阻有一個增量?R。在剩下的兩個反向放置的電阻器中，由于磁化而轉離電流，導致電阻減少?R。
 
金屬管浮子流量計電橋輸出為VoutRR?Vb。作為施加磁場函數的電橋輸出out?V被稱為傳感器的傳遞函數。在線性區內，輸出與施加的磁場成正比（b?V?shV）。靈敏度S和傳遞函數的線性范圍對于傳感器來說是兩個重要特征。傳遞函數的線性范圍與靈敏度成反比。
磁阻傳感器是由長條鐵磁薄膜（如透磁合金、鎳鐵合金）制成的。用標準的半導體技術將這些薄膜熔制在硅片上。板的厚度有幾百埃（150-500），寬度為幾十微米（10-50），長度從幾百至幾千微米。
 
金屬管浮子流量計磁阻傳感器為異態檢測提供獨特的、高靈敏度的解決方案，可根據物體的磁性信號特征對其進行識別。這些特性可應用于檢測如武器等的安全系統中，或用于在收費公路上對車輛進行檢測。它特別適用于貨幣鑒別、跟蹤系統、虛擬設備、固態電子定向羅盤等，與磁鐵組合也可用于齒輪的傳感。磁阻傳感器可感應出芯片平面內沿一個方向的磁場，這使其可與能感應沿芯片平面法向磁場的霍爾效應裝置區別開來。通過這種功能，設計者可以按照霍爾效應傳感器無法使用的幾何構型使用金屬管浮子流量計磁阻傳感器。
 
HMC1512是Honeywell公司生產的高分辨率、低功耗的磁阻傳感器，是由磁阻合金薄膜組成的惠斯頓電橋。可用于測量磁鐵的磁場角方向，其分辨率低于0.07°，角度范圍為-90°~+90°。使用其測量磁場方向與磁場強度的優點包括：對溫度不敏感，抗震性能良好，能承受磁場和傳感器間較大的變化。此傳感器在3V電壓供電下可擁有0~5MHz帶寬響應。當磁場強度大于80Oe時，其工作在飽和狀態，在這種狀態下，磁阻傳感器只對磁場的方向敏感，即可以反映出磁場方向和傳感器的磁敏方向之間的角度。