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自旋阀巨磁阻（gmr）芯片角度传感特性的研究

自旋阀巨磁阻（GMR）芯片角度传感特性的研究

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作者：倪新建华南师范大学

学位级别：硕士

gmr巨磁阻材料是一种新型的磁阻材料，它的灵敏度很高，温度系数较小，易于集成。因而在传感器领域具有很大的应用价值。目前gmr巨磁阻材料已经在一些传感器技术领域获得了成功的应用，比如：计算机用高密度磁头，磁电阻随机存储器，磁... 详细信息

gmr巨磁阻材料是一种新型的磁阻材料，它的灵敏度很高，温度系数较小，易于集成。因而在传感器领域具有很大的应用价值。目前gmr巨磁阻材料已经在一些传感器技术领域获得了成功的应用，比如：计算机用高密度磁头，磁电阻随机存储器，磁场传感器，电流传感器，转速传感器等等。自旋阀gmr是gmr巨磁阻材料的一种，它在一定的磁场范围内对外磁场的大小不敏感，但对外磁场的方向很敏感，因而在开发角度传感器上有一定的应用价值。本文结合磁电子学的基本理论和实验研究了一种自旋阀gmr芯片的角度传感特性。本文首先介绍了gmr效应的原理和应用的概况，接着重点阐述了自旋阀gmr材料的基本理论，并在此基础上给出了自旋阀gmr芯片的基本工作原理;课题的主要工作是为了研究自旋阀gmr芯片的角度传感特性设计了一个实验方案，接着结合自旋阀gmr的基本理论和传感器设计上的工程因素分析研究了实验结果。本文是从以下几个方面来研究自旋阀gmr的角度传感特性的，1，单个自旋阀gmr的电阻值和外加磁场的关系。2，自旋阀gmr芯片的输出信号特性。3，环境温度和输出的关系。4，自旋阀gmr芯片输出的磁滞特性。5，芯片的噪声和磁干扰特性。通过课题的工作，获得了以下几个有意义的结果： 1，一定大小的外磁场范围内，自旋阀gmr对磁场大小不敏感，而仅对外磁场的方向敏感，并获得了相关的数据;表明自旋阀gmr芯片在角度传感器上有很大的应用价值;并且由于它对一定范围内的外磁场大小不敏感，从而降低了传感器的装配难度。 2，设计了一种结构使自旋阀gmr芯片组成的桥路输出电压信号线性区达到约150°，输出幅度达到了160mV;相比一些典型的磁阻非接触式角度传感器，量程获得了可观的扩展。 3，该自旋阀芯片组成的桥路输出的独立线性度可以达到±0.84％，相对于一些典型的磁阻非接触式角度传感器有了一定的提高。 4，该自旋阀芯片组成的桥路输出的灵敏度达到了1.0667mV／°，相对于强磁性薄膜为敏感元件的角度传感器有了很大的提高。 5，得到了自旋阀gmr的温度特性结果。实验证明其温度特性参数达到了华南师范大学硕士学位论文摘要 0.083%/℃，相对于半导体磁阻元件要提高很多。另外在较高温度下，自旋阀gmr的温度特性会更好一些，这使得相应的角度传感器在某些环境温度较高的工业，汽车等领域有很大的实用价值。6，得到了自旋阀gmr的噪声和磁滞特性数据，提出了一些解决的方法，实验表明对自旋阀芯片组成的桥路初始输出进行滤波可以得到较好的输出波形。

关键词： gmr效应自旋阀gmr芯片实验方案角度传感特性

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基于gmr增量式磁旋转编码器的技术研究

基于GMR增量式磁旋转编码器的技术研究

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作者：顾国锋杭州电子科技大学

学位级别：硕士

旋转编码器常用于旋转物体角度和速度的测量,其在自动化控制、冶金、风力发电和办公室用品等行业具有广泛的应用,旋转编码器按原理可分为接触式编码器、光电式编码器和电磁式编码器。接触式编码器方法简单,但较笨重,且测量精度较低,由... 详细信息

旋转编码器常用于旋转物体角度和速度的测量,其在自动化控制、冶金、风力发电和办公室用品等行业具有广泛的应用,旋转编码器按原理可分为接触式编码器、光电式编码器和电磁式编码器。接触式编码器方法简单,但较笨重,且测量精度较低,由于其属于接触测量,设备易损坏;光电编码器属于非接触编码器,其精度较高,但价格较贵,且对雨雾天气敏感;利用磁阻效应的磁性编码器,与光电、接触式编码器相比,具有体积小、结构简单,耐环境能力好等优点,具有广泛的应用前景。本文对基于gmr传感器芯片的磁编码器的关键技术进行研究,并进行增量式磁旋转编码器硬件电路和结构的设计。磁旋转编码器主要由多极磁钢、磁性传感器、信号调理电路和机械结构组成,用于测量电机转速、转向及位移等物理量。磁旋转编码器所采用的自旋阀gmr传感器是一种新型的传感器芯片,它内部为惠斯通电桥结构,能将磁场信息转化成模拟差分电压输出,具有灵敏度高、线性度好及封装尺寸小等优点,因此,磁编码器能够实现精确测量和小型化。首先对自旋阀gmr芯片的结构和应用进行介绍,对多极磁钢的空间磁场进行了分析,并用Ansoft Maxwell软件对空间磁场进行仿真分析。接着,对磁编码器的硬件电路和机械结构进行了设计,并使用PSpice仿真软件对一些硬件电路进行了仿真,如传感器调理电路部分、滤波和比较电路等。针对磁编码器的使用要求,给出一种磁编码器的结构设计。为验证gmr传感器的性能,搭建磁传感器调理电路的验证平台,用于测量输出信号的性能。验证平台主要包括数据采集和显示模块。最后应用验证平台进行输出信号的实验验证测试,主要包括信号源波形测试,信号调理电路处理后的波形测试,以及磁传感器调理电路验证平台的功能测试。实验结果表明磁传感器调理电路的设计达到了预期的目的。

关键词：旋转编码器自旋阀gmr芯片磁编码器

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