巨磁阻传感器的温度补偿电路系统设计
巨磁阻(GMR)生物传感器读出电路关键技术研究
巨磁阻（GMR）生物传感器读出电路关键技术研究
巨磁阻（GMR）生物传感器是一种用于检测生物分子的新型传感器，具有高灵敏度、快速响应和可重复使用等优点。
然而，要实现高精度的生物分子检测，需要设计和优化读出电路来提高传感器的性能。
首先，巨磁阻传感器的读出电路需要具备高放大增益和低噪声特性。
为了实现高放大增益，可以采用差分放大器电路来放大传感器输出信号。
差分放大器可以有效地抑制共模噪声，并提高信号的可靠性。
同时，通过使用低噪声放大器和滤波器来降低电路噪声，可以提高传感器的信噪比，从而提高传感器的灵敏度和检测精度。
其次，巨磁阻传感器的读出电路需要具备高速采样和处理能力。
由于生物分子的检测通常需要实时监测，因此读出电路需要能够快速采集和处理传感器输出的信号。
可以采用高速模拟-数字转换器（ADC）和数字信号处理器（DSP）来实现快速的信号采集和处理。
高速ADC可以将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，而DSP可以对数字信号进行实时处理和分析，从而提高传感器的响应速度和检测效率。
此外，巨磁阻传感器的读出电路还需要具备低功耗和小尺寸的特点。
为了实现低功耗，可以采用低功耗的集成电路和优化的
电源管理技术。
同时，通过采用微型化的电子元件和集成化的电路设计，可以实现读出电路的小尺寸化，从而方便传感器的集成和应用。
综上所述，巨磁阻生物传感器的读出电路关键技术包括高放大增益和低噪声特性、高速采样和处理能力，以及低功耗和小尺寸化。
这些关键技术的研究和优化将有助于提高巨磁阻生物传感器的性能，推动其在生物医学和环境监测等领域的应用。
GMR巨磁电阻传感器 (模拟输出)使用说明 Ver2
低阻态
图 3 示意图
高阻态
图 4 两种取向电子在多层膜中不同散射对磁电阻的影响 当加入外磁场 H 后,与外磁场反向的磁矩将趋向外磁场方向,当外场达到一定值时,所有铁磁 层中的磁矩方向变得基本一致（图 3b）。则自旋方向与磁矩方向相同的电子受到的电阻很小
(为 2R0 ) , 反之电阻很大(为 2R) ,并联结果如图 4b 所示,总电阻为 R 总=2 R R0 /(R+R0) 此时的总电阻比上述 H=0 时的要小得多,于是在外磁场下,产生了巨磁阻效应。
低灵敏、宽测量系列
型号 VA110F2、 VA110F3、VA110F4
半桥、正电压输出系 列 型号 VA110H2、 VA110H3
单极输出系列 型号 SA02
高灵敏度系列 型号 VA100F2 VA100F3
参数
电阻（Ω） 灵敏度（mV/V·mT） 饱和场（mT） SOP8
5500
35
2.8
√
技术背景（1 巨磁阻效应 2 多层膜 3 自旋阀） 1 巨磁阻效应
磁电阻效应是指物质（铁磁金属和合金多晶体）在磁场作用下电阻发生变化 的现象，磁电阻率定义为：△R/R0=(RH-R0)/R0，其中 R0 表示零磁场下的材料电 阻值，RH 为磁场下材料的电阻值。
1988 年，法国巴黎大学的物理学家费尔特( Fert) 教授研究小组发现：由 Fe (铁磁材料) 和 Cr (非铁磁材料) 交替沉积而成的多层膜( Fe/ Cr) N ( N 为周期数)的磁电阻效应比坡莫合 金的 AMR 效应高出一个数量级，因此被称为巨磁阻( giant magneto resistance , GMR) 效应。
1 7.962 x 10-1 7.962 x 10-1 7.962 x 10-2 104
传感器电路中的温度补偿技术
传感器电路中的温度补偿技术随着科技的进步和应用范围的扩大，传感器在多个领域起着重要的作用。
然而，传感器在测量过程中常常受到温度变化的影响，这可能导致测量数据的误差。
为了解决这个问题，温度补偿技术应运而生。
本文将讨论在传感器电路中应用的温度补偿技术及其原理。
首先，我们需要理解温度对传感器测量结果的影响。
传感器中常见的温度影响因素包括温度引起的电阻变化、电压漂移、信号放大器的温度漂移等。
这些因素可能导致测量结果与实际值之间存在一定的偏差。
因此，温度补偿技术的目标是通过对传感器电路进行设计和控制，减小或消除由温度变化导致的误差。
传感器电路中常用的温度补偿技术包括电桥补偿、差分放大器、热电偶和温度传感器。
下面将逐一介绍这些技术的原理和应用。
电桥补偿是一种常见的传感器温度补偿技术。
电桥补偿通过在传感器电路中添加一个称为补偿电桥的电路来实现。
补偿电桥和主电桥之间的差异可以通过调整电桥的电阻来实现。
当温度变化时，补偿电桥中的电阻值会发生变化，从而通过电桥平衡来消除温度引起的误差。
这种方法通常应用于称重传感器和应变传感器。
差分放大器是另一种常见的传感器温度补偿技术。
差分放大器是一种电路，它可以将输入信号的差异放大到输出信号。
在传感器电路中，差分放大器可以通过将传感器的温度响应与一个参考信号进行比较来实现温度补偿。
通过调整差分放大器的参数，如增益和偏移量，可以使输出信号与温度无关。
热电偶是一种常见的温度传感器，它利用两种不同金属之间的热电效应来测量温度差异。
当两种金属处于不同温度时，它们之间会产生电势差，该电势差可以与温度变化成比例。
传感器电路中常使用差动放大器来处理热电偶的输出信号，并通过参考电势的调整来实现温度补偿。
温度传感器是专门针对温度补偿设计的传感器。
温度传感器可以测量环境温度，并将其作为输入信号传输到传感器电路中。
传感器电路可以根据温度传感器的输出信号进行相应的调整，以消除由温度变化导致的误差。
总结起来，温度补偿技术在传感器电路中扮演着重要的角色。
巨磁阻抗效应的测试电路制作
巨磁阻抗效应的测试电路制作随着科技的发展，磁场传感器在各个领域取得了突破性的发展。
在当今信息社会中，磁场传感器在信息技术和产业中成为不可或缺的一部分。
如霍尔传感器，磁通门传感器等。
而巨磁阻抗效应（Giant Magneto Impedance effect,GMI effect)的发现，使更加微型，灵敏度高，响应速度快，成本低，适用范围广的磁场传感器成为可能，开发出更多的新型传感器。
本文分析了非晶材料的巨磁阻抗效应的原理，介绍了影响非晶材料的巨磁阻抗效应的因素，通过Co基非晶带，设计和制作巨磁阻抗效应的测试电路，其中包括信号发生电路，前置放大电路，整流电路和稳压电路。
通过对电路的分析和调试，制作出电路。
分析电路的稳定度特性，频率响应特性，灵敏度特性。
测量材料的GMI效应，非晶带在外磁场变化的磁阻抗变化率MIR%能达到100%，磁场测量范围为0~160Oe。
测试结果表明电路灵敏度高，性能稳定，而且其结构简单，成本低，具有广泛应用前景。
关键词：巨磁阻抗效应，电路制作，非晶材料，磁场传感器第一章引言随着社会的高速发展和科技的迅速进步，在计算机、通信及办公自动化设备渐渐成为人们生活中不可或缺的一部分的时候，对其中的磁场传感器要求更进一步，老旧，性能低，大型的磁场传感器已经不能满足日益增加的需要，而如今的趋势需要体积小，灵敏度高，低功耗，响应速度快的磁场传感器。
表一各种传感器的参数1988年法国巴黎大学的Fert研究小组Baibich发现，在Fe/Cr相间的三层复合膜电阻中，微弱的磁场的变化会导致电阻大小的急剧变化，称之为巨磁阻抗效应（Giant Magneto Impedance effect,GMI effect)。
虽然提高了霍尔元件和磁阻元件的灵敏度，而且在数据领域中加以应用，但GMR效应也存在很多的问题，实际应用中对材料的限制很大，而且灵敏度不够高，极大的限制了GMR的实用价值。
自1992年，日本名古屋大学的K.MOHRI教授等在Co基软磁非晶丝的实验处理后，发现在几O e磁场中材料的阻抗变化能达到50%以上。
高精度巨磁阻传感器设计报告
高精度巨磁阻传感器设计报告高精度巨磁阻传感器是一种被广泛应用于工业、医疗以及军事等领域的传感器。
它可以通过测量磁场的变化来检测和测量物理量的变化，如位移、力和压力等。
本报告将介绍高精度巨磁阻传感器设计的基本原理、设计流程以及关键技术点。
一、设计原理高精度巨磁阻传感器是基于磁阻效应原理来工作的。
当一个材料受到磁场的作用时，其电阻值会发生变化，也就是磁阻效应。
因此，通过设计一个合适的材料结构和微电子处理技术，可以制成高精度的巨磁阻传感器。
二、设计流程1、材料选取首先，需要选取一个合适的材料具备磁阻效应。
现代巨磁阻传感器常用的材料主要有铁磁性材料（如镍、钴、铁等）和磁性半导体材料（如锗、硒等）。
2、制备材料选定材料后，需要进行制备。
此步骤包括材料加工、磁性处理、表面处理等操作。
3、电路设计将制备好的材料与电路连接起来，设计一个合适的电路方案，完成信号检测和放大。
4、微加工技术在电路设计好后，需要使用微加工技术将电路印刷在基板上，进行高精度加工。
5、测试和校准完成巨磁阻传感器的制作后，严格根据设计参数进行测试和校准，确保其工作精度和正确性。
三、关键技术点1、磁性材料的选取为了提高巨磁阻传感器的工作精度和稳定性，需选取磁性材料的磁感应强度大、磁阻率高和热稳定性好等特性。
2、微加工技术微加工技术是巨磁阻传感器制造的一个关键技术点，通过微纳加工技术，可以实现巨磁阻传感器的特定结构和精准控制，从而提高其精度和灵敏度。
3、信号检测和放大电路设计巨磁阻传感器的信号检测和放大电路需要设计合适，确保传感器输出信号的可靠性和稳定性。
需要使用低噪声电路等技术手段来改善放大电路的性能。
四、总结高精度巨磁阻传感器以其高精度、高稳定性、响应速度快等优越性能，被广泛应用于工业、医疗以及军事等领域。
本报告着重介绍了巨磁阻传感器的设计原理和流程，以及关键技术点的实现方法，为相关研究、开发和应用提供了重要参考。
在高精度巨磁阻传感器的相关数据中，主要包括工作精度、响应时间、灵敏度、温度变化等指标。
温度补偿电路设计方法
温度补偿电路设计方法温度补偿电路（Temperature Compensation Circuit）是一种用于消除电子元件在不同温度下的性能变化的电路，通过对元件的温度变化进行监测和补偿，可以有效地提高电路的稳定性和可靠性。
温度补偿电路在各种电子设备中广泛应用，特别是在高精度仪器仪表、自动控制系统等领域。
一、温度补偿电路的设计原理温度补偿电路的设计原理是基于电子元件在不同温度下的特性变化，通过监测温度变化并根据预先设定的补偿参数，调整电路中的参数使得其在不同温度下具有相同的性能。
常见的温度补偿电路设计方法主要有以下几种：1. 精确监测温度变化温度补偿电路首先需要准确地监测温度的变化，一般采用温度传感器来实现。
常见的温度传感器包括热敏电阻、热敏电容和热电偶等。
这些传感器能够根据温度的变化产生相应的电信号，通过将这些信号与参考温度进行比较来确定温度的变化值。
2. 确定补偿参数根据元件的特性、温度变化范围和补偿要求，可以确定合适的补偿参数。
补偿参数一般包括温度系数和补偿电阻等。
温度系数表示元件性能随温度变化的程度，通常以单位温度变化引起的性能变化百分比来表示。
补偿电阻则是通过调整电路中的电阻值来实现对性能的补偿。
3. 设计补偿电路在确定好补偿参数后，可以根据元件的特性和电路要求设计出相应的补偿电路。
常用的补偿电路包括电阻网络、差动放大器和运算放大器等。
这些电路能够根据温度变化调整电路中的参数，使其具有与参考温度下相同的性能。
4. 电路测试和调整完成补偿电路的设计后，需要对其进行测试和调整，以确保在不同温度下能够有效地对元件的性能进行补偿。
测试过程中可以通过改变温度，观察电路输出的变化，以确定补偿效果。
如果发现补偿不理想，可以进行相应的调整，直到满足设计要求。
二、温度补偿电路的应用温度补偿电路在各种电子设备中都有广泛的应用。
它能够有效地提高电路的稳定性和可靠性，并改善仪器仪表的精度和性能。
1. 高精度仪器仪表在高精度仪器仪表中，如电压源、电流源、阻抗测量器等，温度补偿电路是非常重要的。
三维巨磁阻磁场传感器的电路设计和实验标定
电磁场检测作为重要手段 。大气磁场 的准确测量 对雷 电定位 、 雷电防护 、 飞机安全运行不受雷击破
坏等 意义 重大口 。 本 文 设计 制作 了 三 维 巨磁 阻 （ Ｇ ｉ ａ ｎ ｔ Ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｏ —
范 围宽 、 灵敏度高 、 磁滞低 、 温 漂 小 和 线性 度 良好 等优点 ， 频 响范 围为 Ｄ Ｃ一 １ ＭＨ ｚ ， 磁 场测 量 范 围为
（ ± ０ ． ３ ～ ± ４ ． ３ ）ｍＴ
三维巨磁阻传感器进行 标定 ， 得 到传感器在 ３ 个
轴向上 的标定系数 ， 对于后续的使用此种传感 器
片Ｖ Ａ１ ０ ０ Ｆ ３ ， 磁场测量 范围为± ０ ． ４ ｍ Ｔ ， 灵 敏 度 最 高 可达 ３ ０ ｍＶ ／ Ｖ・ ｍＴ ， 响 应频 率为 Ｄ Ｃ ～ １ ＭＨ ｚ ； 垂 直 方 向上放 置 了 １ 个 敏 感 轴 方 向与 电路 板 垂 １ ０ ０ Ｆ ２ ， 磁场测量范
进行 空 间雷 电磁 场测量 具 有重要 意 义 。
１ 三 维 巨磁 阻磁 场 传 感 器 的设 计
１ ． １ 巨磁 阻传 感器 测量 的基 本原 理 巨磁 阻传 感 器是 利用 磁 性材 料 的 巨磁 阻效 应 制作 而 成 的磁场 传 感器 。巨磁 阻效 应是 指磁 性 材
料的电阻率在有外磁场作用时和无外磁场作用时
雷 电是一种极 端天气 条件下 的 自然放 电现
象， 是 在 大 气 电磁 场 超 过 一 定 限 度 情 况 下 发 生 的 。 因此 ， 人 们 在研 究 雷 电现 象 的 时候 ， 通 常 将
图１ 所示为三维 巨磁 阻传感器 的前端探头 电
高精度巨磁阻传感器设计
ｍ ａ ｄｒ ｅ ｓｒｅ ｍ ｎ Ｃ Ｎ Ｚ （ｈｃ ｎ ｓ，． ｍ； ｎ ｔ ， ｔ ｗｄｈ ３ ｅｎ ｅ ｓｎｏ ｌ ｅ ｔ ｏ ｂ ｒｔｉｋ ｅｓ４ ３ ｅ ｌ ｇｈ ５ ｘ ｅ ｍ； ｉｔ ，０ｍｍ；ｕ ｂ ｒｏ ｒｓ３ ａ ｎ ｍ ｅ ｆ ｕｎ ， ）ｗ ｓ ｔ
ｆｂｒｃ ｔｄ ｕｓｎ ｈ ｉ —ｆ ｒ ｃ ｓ ． ｈ ｇ ｍｐ ｄ ｎｃ ｈａ ｇ ｖ ｒ２ ０％ ｗａ ｂ ａｎｅ ｔｓ ｖ ｒ ｌｈ ｄ ｅ ａ ｉａ ｅ ｉ ｇ ｔ ｅ ｌ ｔｏ ｐ ｏ ｅ ｓ Ａ ｉｈ ｉ ｅ ａ ｅ ｃ ｎ ｅ ｏ ｅ ０ ｆ ｓｏ ｔ ｉ ｄ ａ ｅ ｅ ａ ｕｎ ｒ ｄ Ｍ Ｈｚ Ｗ ｈ ｎ ａ ｍａ ｌ ． ｅ ｓ ｌ ＡＣ ｍａ ｎ ｔｃ ｉｅｄ ｗａ ｐ ｌｅ ｔ ｔ ｅ ｅ ｏ ｅｅ ｎ ， ｅ ｓ ａｌ ｇ ｅ ｉ ｆ ｌ ｓ ａ ｐ ｉｄ ｏ ｈ ｓ ｎｓ ｒ ｌ ｍｅ ｔ ａ ｖ ｒ ｍ ｌ ｙ ＡＭ ｓｇ ａ ｗａ ｉｎ ｌ ｓ ｄ ｔｃ ｅ ｖ ｔ ｓ ｎ ｏ ｙ ｔ ｍ ｉ ａ ｍａ ｎｅｉａ ｌ ｈ ｅｄ ｄ ｏ ｍ ．Ａ ｒ ｓ ｌ ｔｏ ｆ １ ｅ ｅ ｔ ｄ ｂ ｈｅ ｅ ｓ ｒ ｓ ｓｅ ｎ ｇ ｔｃ ｌ ｓ ｉｌ ｅ ｒ ｏ ｙ ｅ ｏｕ ｉｎ ｏ ．７ × １ 一 ０ Ｏｅ ／Ｈｚ／ ２ ｗａ ｓ ｏ ａｎ ｄ ａ ０１ ｋＨＺ ｂｔｉ ｅ ｔ５ ．
ｍ， ３ 宽 ０ｍｍ， 数 为 ３ 采用 特殊 工序 建造 ， 几 百 ＭＨ 圈 ） 在 ｚ时 ， 到 变 化 超 过 ２ ０ 的 高 阻 抗 ， 其 在 ５ １ｋ 时 ， 得 得 ０％ 尤 ０ Ｈｚ 获
１ ７×１ Ｏ ／ ｚ 的磁 场 分 辨 率 。 ． ０ ｅＨ
关 键词 ： 磁 场 ； 传感 器 ； 集肤效 应 ； 限元 分析 有
高精度巨磁阻传感器设计
第32卷第9期2010年9月舰 船 科 学 技 术S H I P SCI E NCE A ND TEC HNOL OG Y Vo.l 32,No .9Sep .,2010高精度巨磁阻传感器设计滕国生1,徐 杰2(1.舟山保障基地监管处,浙江舟山316000;2.海军装备部驻桂林地区军事代表室,广西桂林541002)摘 要: 巨磁阻传感器预计将实现极高的灵敏度。
采用优化传感器结构的方法,通过有限元分析,获得高信号噪声比。
当带传感器的最佳尺寸为:厚413L m,带宽20~30L m ,长数mm ,曲流传感器元件Co NbZr(厚413L m,长5L m,宽30mm,圈数为3)采用特殊工序建造,在几百MH z 时,得到变化超过200%的高阻抗,尤其在501k H z 时,获得117@10-8Oe /H z 1/2的磁场分辨率。
关键词: 磁场;传感器;集肤效应;有限元分析中图分类号: TP212.13 文献标识码: A 文章编号: 1672-7649(2010)09-0084-03DO I :1013404/j 1issn 11672-7649120101091020A design of h igh ly sen sitive GM I sen sorTENG Guo 2sheng 1,XU Jie2(1.Supervi s a l depart m en t of saf egaurd Base of Zhoushan ,Zhoushan 316000,China ;2.M ilitary representative roo m ofGu ilin of navy ,Guili n 541002,Chi n a)Abstr act : H igh l y sensitive G M I sensor w ill have high resol u tion.Our approach was to opti m ize thesensor structure so as to obta i n a h i g h signal 2to 2noise ratio by usi n g fi n ite e le ment ana l y sis .The opti m um size of sensor stri p is as f ollo ws :a th ickness of 413L m,a stri p w i d th of 20~30L m,a lengt h of severalmm.The meander sensor ele ment Co NbZr(th ic kness ,413L m;length ,5L m;w i d th ,30mm;number of turns ,3)was f abricated usi n g the lift 2off process .A high i m pedance change over 200%was obta i n ed at severa l hundred MH z .When a s ma ll AC magnetic field was applied to the sensor ele men,t a very s ma ll A M signal was detected by the sensor syste m i n a m agneticall y shielded roo m.A resol u tion of 1.7@10-8Oe /H z 1/2wasobta i n ed at 501k H z .K ey w ords : magnetic field ;sensors ;sk i n e f fec;t fi n ite ele ment ana l y sis收稿日期:2010-01-18;修回日期:2010-03-15作者简介:滕国生(1969-),男,硕士研究生,工程师,从事保障基地监管工作。
巨磁电阻(GMR)磁场传感器的工作原理
巨磁电阻（GMR）磁场传感器的工作原理磁电阻（GMR）效应是1988 年发现的一种磁致电阻效应，由于相对于传统的磁电阻效应大一个数量级以上，因此名为巨磁电阻(Giant Magnetoresistanc)，简称GMR。
1. 巨磁电阻（GMR）原理，见图一。
巨磁电阻（GMR）效应来自于载流电子的不同自旋状态与磁场的作用不同，因而导致的电阻值的变化。
这种效应只有在纳米尺度的薄膜结构中才能观测出来。
赋以特殊的结构设计这种效应还可以调整以适应各种不同的性能需要。
反铁磁耦合时（外加磁场为0）处于高阻态的导电输出特性，电阻：R1/2外加磁场使该磁性多层薄膜处于饱和状态时（相邻磁性层磁矩平行分布），而电阻处于低阻态的导电输出特性，电阻：R2*R3/（R2+R3），R2R1R3 图1、利用两流模型来解释GMR 的机制2. 巨磁电阻（GMR）传感器原理，见图二。
巨磁电阻（GMR）传感器将四个巨磁电阻（GMR）构成惠斯登电桥结构，该结构可以减少外界环境对传感器输出稳定性的影响，增加传感器灵敏度。
工作时图中“电流输入端”接5V~20V的稳压电压，“输出端”在外磁场作用下即输出电压信号。
图2（1）：惠斯凳电桥在磁场传感器应用中的原理图2（2）：惠斯凳电桥中R1 和R2 在外加磁场作用下的变化情况3. 巨磁电阻（GMR）传感器性能，见图三，表一。
图三所示为巨磁电阻（GMR）传感器在外场中的性能曲线，表明该传感器在±200Oe的磁场范围类有较好的线性。
图3：巨磁电阻（GMR）在外加磁场下的性能曲线表一各公司巨磁电阻（GMR）传感器性能对照4.产品使用说明 a . 巨磁电阻（GMR）传感器作为一种有源器件，其工作必须提供5~20V 的直流电源。
而且该电源的稳定性直接影响传感器的测试精度，因此要求以稳压电源提供；使用中也应避免过电压供电； b .巨磁电阻（GMR）传感器作为一种高精度的磁敏传感器，对使用磁环境也有一定的要求，其型号选用应根据使用环境的磁场大小来决定； c. 巨磁电阻（GMR）传感器对磁场的灵敏度与方向有关。
GMR巨磁电阻传感器 (模拟输出)使用说明 Ver2
地磁场强度大约是0.5高斯，50uT,即 50000nT
备注： 1. 单位A/m，磁场强度H的单位最先是由磁荷理论定义出的导出量，最终化简的单位为A/m
（由基本单位A和m来表示的导出单位），国际单位制SI有七个基本单位（长度m、质量 Kg、时间s、电流A、热力学温度K、物质的量mol以及发光强度单位cd），除此之外其它 物理量的单位由七个基本单位导出。 2. 单位Oe（奥斯特）－－纪念物理学家奥斯特而给出的别名1Oe=12.56kA/m Oe是磁场 强度单位，G(Gauss)是磁感应强度单位， 在空气中，1 Oe=1Gs （等价关系），1 Oe产生 的磁感应强度即为1 Gs，即空气的磁导率是1，磁导率的定义是B/H，因此在空气中， B/H=1，其他介质则不是 3. 单位T 磁感应强度B的单位属于导出单位，本应由基本单位表示，但用T来表示，是为了 纪念物理学家Tesla（特斯拉）给出的“别名”。
低阻态
图 3 示意图
高阻态
图 4 两种取向电子在多层膜中不同散射对磁电阻的影响 当加入外磁场 H 后,与外磁场反向的磁矩将趋向外磁场方向,当外场达到一定值时,所有铁磁 层中的磁矩方向变得基本一致（图 3b）。则自旋方向与磁矩方向相同的电子受到的电阻很小
(为 2R0 ) , 反之电阻很大(为 2R) ,并联结果如图 4b 所示,总电阻为 R 总=2 R R0 /(R+R0) 此时的总电阻比上述 H=0 时的要小得多,于是在外磁场下,产生了巨磁阻效应。
D
4.80 5.00
0.189
0.196
E
3.80 4.00
0.150
0.157
、 Peter 和 Albert 因发现巨磁阻现象而获得 2007 年诺贝尔奖
Fe/Cr 多层膜磁电阻变化曲线 巨磁阻效应是由于金属多层膜中电子自旋相关散射造成的。来自于载流电子的不同自旋 状态与磁场的作用不同,因而导致电阻值的变化。在不加磁场( H= 0) 情况下的多层膜( Fe/ Cr) N 中,当非磁层厚度合适时,两个相邻铁磁层会产生反铁磁耦合,即一层中原子磁矩基本沿同一 方向排列，而相邻层原子的磁矩反平行排列,如图 3(a)所示。两种电子所受到的总电阻,是如 图 4(a)所示的并联电阻情况。R 是自旋取向电子在受到相同方向磁矩散射时的电阻总和, R0 是受到反方向磁矩散射时的电阻总和,两种电子的总电阻是它们的关联结果 R 总= (R+R0)/2
反馈式巨磁阻抗弱磁传感器的设计与实现
ｓｍ ｃｎ ｕｔｒ Ｃ Ｓ ｃｕ ｌ ｇｒａｔｒＴ ｅｃｎ ｉｏａ ｃ ｃ ｉｉ ｃｍｐ ｓｄｏ ｅｋ ｖｌｅｄ ｔ ｔ ｎ ｅ ｉｏｄ ｃ （ ＭＯ ） ｏｐｉ ｅｃ ． ｈ ｏ ｄｔ ｎ ｌ ｉ ｕｔｓ ｏ ｏｅ ｆ ａ ａ ｅ ｃ ｏ ｏ ｎ ｏ ｉ ｒ ｐ ｕ ｅｉ
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反馈 式 巨磁 阻抗 弱磁 传 感 器 的设 计 与 实 现
ｆ 、 雄洙 ， 赵 文 ， 于葛亮 ， 李云龙
（ 南京理工大学 机械工程学院 ， 江苏 南京 ２０ ９ ） １０４
Hale Waihona Puke 摘要： 为提 高基 于 巨磁 阻抗 （ ＭＩ 效 应 的弱磁 传感 器的性 能 ， 文研 究 了 Ｆ 基 非 晶 带在纵 向 Ｇ ） 该 ｅ
浅谈磁阻式角位移传感器温度误差及补偿
好管路的生产工艺，才能保证产品质量的可控性。
（5）环：现代化企业生产环境照明良好，作业场地清洁。
（6）测：现在管路检测方式只有听声法、气泡检测法和压力检测法三种。
其中，听声法检测效果最差，其次是气泡检测法，最好的就是压力检测法。
如果管路泄漏检测方式使用不当，可能无法检测到管路泄漏点。
所以，为了保证管路的密封性能，最好选择压力检测法。
通过上面对人、机、料、法、环、测六个方面的分析，可以发现“法（工艺）”和“测”是影响管路产品质量的主要因素。
根据以上分析，结合前面我们介绍的4种管路密封方式，不同密封方式产生的效果不同，通过对各种密封方式和检测方法进行分析，如果生产条件允许，建议最好采用管路翻边式密封和压力检测方式，来保证管路的密封质量。
3.2日常维护保养常开排水阀，减少管路中的油水含量。
在有风情况下定期打开两个总风缸、油水分离器、离心集尘器和均衡风缸的排水塞门，以排除积存在内的油水杂质。
最好是在机车启动后、出库前及机车进库后、停机前各排一次水，直到不见白色雾状气体喷出为止，这样就会大大延缓管道内壁氧化锈蚀速度。
定期对空气管路系统进行吹扫，为了保持制动管路的清洁，除维护人员的不定期简单吹扫外，还要制定合理的彻底吹扫的周期和范围。
4结语空气制动系统管路泄漏，直接影响列车走行和作业安全，关乎养护机械、操作者以及轨道的安全，所以要求我们必须加强上述每一个管路泄漏环节的控制，减少不必要的损失，使养护机械有更加安全的操作性能，保证机械和操作者以及轨道的安全，从而保证作业生产效率，以获得更好的经济效果。
收稿日期：2018-05-07作者简介：邓李（1983—），男，湖北江陵人，工程师，研究方向：大型养路机械设计与制造。
浅谈磁阻式角位移传感器温度误差及补偿苗伟（陕西东方航空仪表有限责任公司，陕西汉中723102）摘要：磁阻式角位移传感器（RVDT）是一种高精度、无接触式角位移测量元件，由于其高精度、高可靠性的技术优势，广泛应用于航空、航天、兵器及智能控制领域，随着角位移传感器的广泛应用，对角位移传感器耐高低温环境性能要求越来越高。
数字补偿式巨磁阻抗传感器设计
数字补偿式巨磁阻抗传感器设计杨志成;车振【摘要】地磁环境下弱磁信号的检测要求地磁传感器具有灵敏度高、工作范围宽的特点,非晶丝在高频交流激励下具有阻抗变化率高的特点,宜于用来作地磁传感器.但非晶丝线性工作区较短,不能完全覆盖地磁场范围,通过采用数字补偿技术可以补偿大部分地磁场,使传感器工作于非晶丝的线性区,提高了传感器的灵敏度,扩展了传感器的工作范围.通过测试,采用数字补偿技术的巨磁阻传感器灵敏度为71.133μV/nT,工作于-61 750. 8~73 774. 8 nT,与被测磁场的最大误差为2. 45 nT.%To detect weak magnetic signal under geomagneticfield,geomagnetic sensor that have characteristics of high sensitivity and wide operating range should be used,amorphous wire that has characteristic of high impedance variation rate in high frequency alternating current excitation is suitably used as magnetic sensor. But region of amorphous wire is too short to completely cover range of geomagnetic field,digital compensation technology can be used to compensate most of geomagnetic field,the sensor can work in the linear region of the amorphous wire, sensitivity of the sensor can be improved and working range can be extended. Through the test,the sensitivity of the sensor that using the digital compensation technology is 71. 33μV/nT,the working range is -61 750. 8 nT~73 774. 8 nT and the maximum error of the detected magnetic field is 2. 45 nT.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2016(035)002【总页数】3页(P100-102)【关键词】数字补偿;巨磁阻抗;地磁传感器;非晶丝;灵敏度;模块【作者】杨志成;车振【作者单位】中国船舶重工集团公司第七一○研究所,湖北宜昌443003;中国船舶重工集团公司第七一○研究所,湖北宜昌443003【正文语种】中文【中图分类】TJ021992年，Mohri K教授等人发现了非晶态合金的交流磁阻抗随外加磁场的变化而显著变化的现象[1]，即巨磁阻抗(giant magneto impedance,GMI)效应。
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doi ：10. 16180/j. cnki. issnl007 -7820. 2017. 12. 005巨磁阻传感器的温度补偿电路系统设计滕志刚，朱华辰，白茹，钱正洪(杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州310018)摘要巨磁阻传感器具有灵敏度高、易小型化、能耗低、应用前景广泛等特点，但其灵敏度易受温度的影响，在高 性能应用中需进行必要的温度补偿。
文中设计针对课题组研制的VA100F3自旋阀巨磁阻传感器灵敏度的温度特性，采用CMOS 温度传感器来采集温度信号，并通过模数转换器转变为控制信号，进而调节可调增益放大器的增益，以补偿温度变化所导致的GMR 传感器灵敏度的变化，巨磁阻传感器温度补偿前后的灵敏度温度系数分别是2 498 ppm /q 和678 pp m /q ，达到了较好的补偿效果。
系统各电路均基于CSMC 0. 5 #m Mix - Signal 工艺进行设计，可以实现单芯片集成。
关键词巨磁阻传感器；温度补偿；温度传感电路;数据转换电路;可编程仪表放大器 中图分类号TD432 文献标识码 A 文章编号1007 -7820(2017)12 -017 -05电子•电路杳技2017年第30卷第12期Electronic Sci. & Tech. /Dec. 15,2017A Temperature Compensation Circuit System of GMR SensorTENG Zhigang，ZHU Huachen，BAI R u，QIAN Zhenghong(School of Electronics and Information，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou 310018，China)Abstract GMR sensor has the characteristics of high sensitivity，easy miniaturization，Iw power consumption and wide application . However，its sensitivity is easy to be affected by the change of temperature ，it’s necessary to have temperature compensation in high performance application. The temperature compensation circuit system is based on the temperature - sensitivity characteristics of YA1003F，which is a spin valve search group. CMOS temperature sensor samples temperature signal of environment and ADC conver signal into digital signal to change the gain of programmable instnumentation amplifier，it achieves sensitiv sation .The temperature coefficient of GMRsensor is 678 ppm /0C after compensating，but the temperature coefficient is 2 498 ppm /〇Cwithout compensating. The circuit system is based on CSMC 0. 5 #m Mix - Signal technology and can integrate on a chip.Keywords GMR sensor ； temperature compensation ； temperature sensor ； data converers; programmable instru- m(ntation amplifi(r1988年，德国科学家Peter G runberg 和法国科学 家A lber F e r 分别独立发现了巨磁阻效应（Giant Magneto -R esistance ，GMR )， 并于 2007 年共同分享了诺贝 尔物理学奖。
1994年，美国N Y E 公司率先实现了 GM R 传感器的产业化。
此后GM R 传感器凭借其高灵敏度、小尺寸、低功耗和高稳定性等优势被广泛应用于 工业控制、医疗电子、汽车电子、智能电网、智能交通等 领域。
然而G M R 自旋阀传感器的灵敏度会随着温度收稿日期=2017-02-11基金项目：国家863计划（2014AA032904)作者简介:滕志刚（1990 -)，男，硕士研究生。
研究方向：模拟 集成电路设计。
朱华辰（1987 -)，男，博士研究生。
研究方向： 集成磁敏传感器件。
白茹（1983 -)，女，副研究员。
研究方向： 纳米磁电子材料等。
钱正洪（1967 -)，男，教授。
研究方向：磁电子材料和集成功能器件。
的升高而降低，在温度变化较大的环境中使用，要达到 高精度测量，必须进行温度补偿补偿系统针对巨磁阻传感器灵敏度的温度特性， 将CM OS 温度传感器、模数转换器及可调增益放大器 等多个模块集成在一起，形成温度自适应的片上电路 系统。
所有电路均基于CSM C0. 5#m Mix - Signal 工 艺进行设计，可实现单芯片集成，且补偿前后灵敏度温 度系数分别是2 498 ppm /°C 和678 ppm /°C ，实现了较 好的补偿效果。
1自旋阀传感器芯片系统针对Y A 1003F 自旋阀传感器灵敏度温度特性进行设计。
传感器内部电路是由4个等值的自旋阀 材料的电阻！1、！、！、！构成的惠斯通电桥，阻值均为5 k *，如图1所示。
其中！1和！被N iFe 软磁屏蔽-40 -168 25 32 56 80温度/t ：----补偿前-----25。
时灵敏度....补偿后图4理论补偿前后灵敏度对比2.2补偿方案该设计采用反相器对三运放仪表放大器增益表达式进行优化，如图6所示，所以输出为2 !•)( ；) +)R E F ⑶其中，）(；$为传感器补偿前的输出信号# )D e F为单位反相器参考电压。
所以增益优化后的仪表放大器增益 可表示为2!&(4)C M R 传感器的输出信号）（；$与灵敏度的关系为)(；)=VD D - B -S ( T )(6)其中，；是环境温度；为C M R 传感器供电电压;4为G M R 传感器所探测磁场大小。
由图3及式(2)和式(6)可知，传感器补偿后的输图3系统结构框图过A D C 可以转换成控制信号来控制由仪表放大器和 可编程电阻阵列组合而成的可编程增益放大器模块，形成温度对增益的自动控制，从而实现G M R 传感器的 灵敏度补偿。
由于数字信号对增益的控制是不连续 的，整个温度工作范围会被分为若干个区间，在单个区 间内的放大器的增益是固定的。
因此理论补偿效果如 图4所示。
层覆盖，对外磁场不敏感，而！2和！4未覆盖屏蔽层，对外磁场比较敏感。
此外，N iF e 软磁屏蔽层还作为磁 通聚集器，可以放大外磁场对！和！的作用。
图1自旋阀传感器的惠斯通电桥结构虽然惠斯通电桥结构可以降低传感器的温度漂 移，但在环境温度变化较大的情况下，其灵敏度仍会受 温度影响。
图2为实验测得的巨磁阻传感器芯片在- 26〜86 °C 范围内的灵敏度变化情况，可由式（1)描述 其灵敏度与温度关系S (T ) =[1-C t (T-26)] .S0(1)其中，I 是传感器灵敏度变化的温度系数;S 。
为26 q 时标定的传感器灵敏度。
根据图2所示数据，拟合得 到 I 为 0. 002 6/〇C ，S0 =2. 16 mV /V /O e 。
温度传感器-25 -15 -6 5 15 25 35 45 55 65 75 85温度/V图2传感器灵敏度与温度的关系以及拟合曲线2系统研究2.1系统的整体结构电路系统的结构框图如图3所示。
对于惠斯通电桥结构的GM R 传感器而言，其输出信号的共模电平较 大，驱动能力较弱，因此采用共模抑制能力强的仪表放 大器来放大传感器的输出信号。
该系统采用常规三运 放仪表放大器，当！1 =!，！ =! =! =!时，其增益 可表示为2!z 、& = 1 +-^ (2)其中，！为仪表放大器内部增益控制电阻;！为仪表 放大器外部反馈电阻。
系统中还增加了单位反相电路，目的是消去式（2)中的常数项“ 1”，以使增益控制 的设计更为简便。
温度传感器输出与温度线性相关的电压信号，通出信号）可表示为V0=V dd)B_S(T$_!(6)由式(6$可知，若令s!;))^为一常数，即可以通过改变！的阻值即可对传感器的灵敏度变化进行 补偿。
根据式(4)，令1#.I S!;))&(7)其中，1为一比例系数，1 >〇。
若令1=1，可使补偿 后的灵敏度等于25 °c时标定的传感器灵敏度。
因此 式(7)可表示为此外，将式（1)代入式(7)可得Rg =2!# &1 -0. 002 5(T-25)] (9)根据式(9)可知，系统中！和温度T呈线性关系，因此可将温度区间等分为几段，与R j—一对应。
可编程电阻阵列如图7所示，所以接入仪表放大器的反馈电阻可表示为_Rg = ( d4) $# + d5) $2+ d6) $3 + $4) R#(1〇) 其中，D6、D5、D4分别为A D C的输出位。
将式（10)代入式(=)可得]+ D5 . $2 + D6 . $3 + $4 (11) SU)4 • $1最后可由式（11)分别计算出$1、$2、$3、$4的值。
图5 仪表放大器增益优化结构图3模块实现3.1感温模块和模数转换模块如图6所示，CM OS温度传感器电路根据通有不 同电流密度的双极型晶体管的基射级电压差与温度成 正比的原理，实现温度的传感功能。
其中？1、？基射 级电压差全部加在电阻！8两端，在R=上产生PTAT (Proportional to Absolute Temperature，PTAT )电流，并通过电阻R:将此电流转化成p t a t电压&11]。
另外，为 使图中电流更准确的镜像，采用R9=R l o=R l l。
通过Spectre仿真得到在-40〜80 C的输出电压从1. 593 〜2. 390 V。