ТМР (Туннелинг Магнето Ресистанце) сензор угла је високо{0}}прецизан сензор заснован на ефекту тунелског магнетног отпора, који се широко користи у индустријској контроли, аутомобилској електроници, ваздухопловству и другим пољима. Његов принцип рада дубоко комбинује магнетну теорију физике и принцип електронике, мерењем промене вредности отпора да би се одредио правац и јачина магнетног поља, а затим одредила информација о угловима.
И. Основни принцип ТМР ефекта
ТМР ефекат, или ефекат тунелске магнетоотпорности, је посебан феномен који се јавља у магнетним тунелским спојевима (МТЈ), који се састоје од два феромагнетна слоја (фиксног и слободног) раздвојених немагнетним изолационим слојем (слој баријере). Када је изолациони слој довољно танак (обично неколико нанометара), електрони могу да пређу изолациони слој са једног феромагнетног слоја на други под дејством квантног тунелирања. Овај процес тунелирања је изузетно осетљив на правце магнетизације два феромагнетна слоја: када су правци магнетизације два слоја паралелни, отпор тунелирања је мали; када су правци магнетизације антипаралелни, отпор тунела је велики. Стога, мерењем промене отпора тунела, може се одразити релативна промена смера магнетизације два феромагнетна слоја.
ИИ. Структура ТМР сензора угла
ТМР сензор угла обично се састоји од два дела: ТМР сензорског чипа и трајног магнета. Међу њима, вишеструке МТЈ структуре су интегрисане унутар ТМР сензорског чипа, а свака МТЈ структура садржи фиксни слој, слој баријере и слободни слој. Смер магнетизације фиксног слоја је фиксиран током процеса производње и не мења се са спољним магнетним пољем; смер магнетизације слободног слоја је релативно флексибилан и може се мењати са спољним магнетним пољем. Трајни магнет се користи за стварање стабилног магнетног поља, а када се перманентни магнет ротира, смер магнетног поља које генерише ће се такође променити, утичући на смер магнетизације слободног слоја у ТМР сензорском чипу.
ИИИ. Принцип рада ТМР сензора угла
1. Утицај магнетног поља на слободни слој
Када се перманентни магнет ротира, смер магнетног поља које производи се мења. Ово промењено магнетно поље ће деловати на слободни слој у ТМР сензорском чипу, узрокујући да се смер магнетизације слободног слоја промени у складу са тим. Пошто је смер магнетизације слободног слоја директно повезан са величином тунелског отпора, промена смера магнетизације ће резултирати променом отпора тунела.
2. Однос промене отпора и угла
У ТМР сензорима угла, вишеструке МТЈ структуре су обично распоређене на сензорском чипу према одређеном распореду, а промене отпора ових МТЈ структура се конвертују у мерљиве електричне сигнале дизајном кола. Када се перманентни магнет ротира, промена смера магнетног поља доводи до промене смера магнетизације слободног слоја, што заузврат изазива промену тунелског отпора. Након што се ове промене отпора претворе у електричне сигнале, даљом обрадом и анализом може се одредити угао ротације трајног магнета.
Конкретно, ТМР сензори угла обично користе дизајн кола као што су Вхеатстоне мостови како би се минимизирали ефекти спољашњих фактора као што је температура на резултате мерења. Када се перманентни магнет ротира, МТЈ структуре на различитим локацијама на сензорском чипу су изложене магнетним пољима различитих праваца и величина, што резултира различитим променама њихових вредности отпора. Ове промене вредности отпора стварају диференцијални сигнал у Витстоновом мосту, чија је величина пропорционална углу ротације сталног магнета. Мерењем величине овог диференцијалног сигнала може се одредити угао ротације трајног магнета.
3. Опсег и тачност мерења угла
ТМР сензори угла обично имају широк опсег мерења и високу тачност мерења. Пошто је ТМР ефекат веома осетљив на промене у смеру магнетног поља, ТМР сензори угла су у стању да реализују прецизно мерење малих угаоних промена. У исто време, захваљујући употреби без-бесконтактног мерења, ТМР сензор угла избегава проблеме као што су механичко хабање и контаминација, и побољшава стабилност и поузданост мерења.
ИВ. Предности и примена ТМР сензора угла
1. Предности
Висока прецизност: ТМР сензори угла могу да реализују прецизно мерење малих угаоних промена, са високом прецизношћу мерења.
Висока осетљивост: Пошто је ТМР ефекат веома осетљив на промене у смеру магнетног поља, тако да ТМР сензор угла има високу осетљивост.
Мала потрошња енергије: ТМР сензори угла троше мање енергије током рада, што доприноси уштеди енергије и заштити животне средине.
Низак ниво шума: ТМР сензори угла имају висок однос сигнала-на-шум и могу прецизно да измере информације о угловима у сложеним окружењима.
Одступање ниске температуре: Усвајањем дизајна кола као што је Вхеатстоне мост, ТМР сензор угла може смањити утицај температуре и других спољних фактора на резултате мерења и има ниско температурно одступање.
2. Апликација
Индустријска контрола: У индустријским аутоматизованим производним линијама, ТМР сензори угла могу се користити за мерење угла ротације и информација о положају механичких делова како би се остварила прецизна контрола.
Аутомобилска електроника: У аутомобилској индустрији, ТМР сензори угла могу се користити за мерење угла ротације и информација о положају волана, осовина волана, точкова и других компоненти, како би се побољшала стабилност и безбедност вожње аутомобила.
Ваздухопловство: У области ваздухопловства, ТМР сензори угла могу се користити за мерење положаја, отклона кормила и других кључних параметара авиона како би се осигурала безбедност и стабилност авиона.
В. Закључак
ТМР сензор угла је високо{0}}прецизан сензор заснован на ефекту тунелске магнетоотпорности, а његов принцип рада одређује правац и јачину магнетног поља мерењем промене вредности отпора, а затим одређује информације о угловима. Због својих предности високе тачности, високе осетљивости, ниске потрошње енергије, ниске буке и ниске температуре, ТМР сензори угла се широко користе у индустријској контроли, аутомобилској електроници, ваздухопловству и другим областима. Уз континуирани развој и напредак науке и технологије, ТМР сензори угла ће играти још важнију улогу у будућности.