磁阻传感器在汽车中的应用研究

磁阻效应支持汽车内的多种传感器应用。磁阻传感器主要用来测量机械系统的速度和角度。这样，磁阻传感器就成为电气元件、磁性元件和机械元件所组成的复杂系统的一部分。因为所有元件都会影响系统的反应，所以在规划系统及其操作时要非常重视对整个系统的仿真。下面重点讨论这种系统的建模和仿真。

　　产生磁场的永磁体的机械设计和选择会在很大程度上影响测量数据的获取。因此，在部署整个系统之前使用仿真技术进行深入分析非常重要，以确保达到目标功能并降低成本。因此，在前期开发过程中建立系统模型，之后用于支持后续产品的开发，对于解决设计过程中产生的这类问题也能发挥重要作用。下文将探讨新型速度传感器的整体系统建模和仿真。

　　图 1 AMR 传感器系统包含两个封装

　　图 2 各向异性磁阻效应

　　信号检测

　　现代传感器系统主要由两个元件组成 —基本传感器和信号处理专用集成电路 (ASIC)(图 1)。现已证明，后来由 Lord Klevin 于 1857 年发现的各向异性磁阻效应特别适用于检测磁场。首先考虑通常具有多种磁畴结构的铁磁性材料。这些称之为韦斯磁畴的结构，其内部磁化的方向彼此不同。如果将这种材料平铺为一薄层，那么磁化矢量处于材料层平面方向。另外，可较精确地假设只存在一个磁畴。当这种元件暴露于外部磁场中时，后者会改变内部磁化矢量的方向。如果同时一股电流通过该元件，就会产生电阻(图 2)，这取决于电流和磁化之间的角度。当电流和磁化方向彼此成直角时，电阻最小，当二者平行时，电阻最大。电阻变化的大小取决于材料。铁磁性材料的性质也决定对温度的依赖性。电阻最大变化为 2.2% 并且对温度变化反应良好的最佳合金是 81% 的镍和 19% 的铁组成的合金。恩智浦所有传感器系统中的基本传感器都采用这种强磁铁镍合金。在惠斯登电桥电路中单独配置几个 AMR 电阻，以增强输出信号并改善温度反应特性。此电路也可在制造过程中进行微调。图 3 显示如何在裸片上配置 AMR 元件。

　　确定速度的装置多半由两个组件组成：编码器轮和传感器系统。编码器轮可以是主动式或被动式。主动轮已磁化，因此 MR 传感器可检测北极和南极之间的变化。如果是被动轮，则由一种齿状结构代替磁化。如图 1 所示，传感器头上也必须有一块用于产生磁场的永磁体。接下来，我们只讨论因公差极小而著称的被动编码器轮。当传感器对称地面对一个齿或者被动轮两齿之间的空隙时，这不会使 AMR 元件的磁化矢量产生任何偏斜。忽略外部噪声场并考虑桥电路时，输出信号获得零值。然而，如果传感器头处于齿边缘前面，则磁输入信号达到极值。齿/空隙或空隙/齿切换类型的函数结果与磁输入信号正弦曲线的最小值或最大值非常接近。