磁传感器技术

The detail of magnetic sensor technology

This page explains magnetic sensor technology used in S-cube products.

优势

霍尔元件

用于AK0991x系列 / AK0997x系列产品

霍尔元件是利用霍尔效应制作的元件,英文为Hall。Hall源自发现霍尔效应的Hall博士的名字,其理念基础是:按照垂直于电流的方向,向电流流过的物体施加磁场时,与电流和磁场两个方向正交的方向上会出现电动势这一现象。

向半导体薄膜等通入电流时,霍尔效应作用,会输出与磁通密度和方向相应的电压。利用霍尔效应检测磁性的元件被称为霍尔元件。(图1)

即使是磁通密度没有变化的静磁场,霍尔元件也可以检测出有无磁场,因此用途十分广泛,例如:与磁铁组合使用的非接触式开关、角度传感器、以及电流传感器等。此外,采用霍尔元件的地磁传感器在智能手机等设备中广泛使用。

图1.霍尔元件(N型半导体)的原理图

磁阻元件

使用施加磁场后电阻值发生变化的材料检测磁场的元件称为磁阻元件(MR:Magneto Resistive)。

磁阻元件包括:半导体磁阻元件(SMR)、使用强磁体薄膜材料的各向异性磁阻元件(AMR:Anisotropic Magneto Resistive)、巨型磁阻元件(GMR:Giant Magneto Resistive)、隧道磁阻元件(TMR:Tunnel Magneto Resistive)4种。

AK0994x系列使用TMR元件进行3D磁传感。

隧道磁阻元件 (TMR)

用于AK0994x系列产品

强磁体(插针层)-绝缘体-强磁体(自由层)的积层膜,当“插针层”与“自由层”的磁化方向反向平行时(a),“插针层”与“自由层”的磁化方向一致时(b),在隧道效应作用下,穿过绝缘体的电子比例会发生改变,电阻值也会改变。能够在低功耗前提下,获得非常微小的磁场。

图2.隧道磁阻元件的原理图

3D磁传感器

世界上存在着各种大小不一的磁场,但是没有一种产品可以用一个传感器全面检测所有大小不一的磁场。不仅是需要检测磁场的大小不同,即使是用途不同,也需要使用不同类型传感器。AKM提供3种S-cube产品,可根据检测对象磁场大小进行选择。

图3. AK0997x系列

AK0997x系列是最适合检测诸如磁铁发出的毫特斯拉范围的大磁场的传感器。

该系列检测范围很大,即使在将磁铁安装在传感器附近,也可防止溢出,适合与磁铁一起使用的应用场景(例如,开闭检测用途)。

图4. AK0991x系列

AK0991x系列是最适合检测地磁等微特斯拉范围的小磁场传感器。

该系列作为电子罗盘,通常用作智能手机等的地图应用程序(如智能手机)中的方位角度检测用途。

图5. AK0994x系列

AK0994x系列是最适合检测纳特斯拉范围的超小磁场的传感器。

该系列可以检测弱磁性体或因维拉里效应(逆磁致伸缩效应)而产生的极小磁场,因此,可用于扭矩传感器以及微小金属碎片检测等。