磁気抵抗 (MR) センサの基本

Hunt エレメントに低磁界を印加しても磁化はわずかに変化するだけです。同様に、αがわずかに変化しても式 (1) の cos の項はほとんど変化がありません。Hunt エレメントは小さな磁界強度には影響を受けません。MR センサの低磁界に対する感度を上げるためには、MR 伝達曲線 (1) が変更されなければなりません。最も一般的な方法は、バーバー ポールを使用するものです (図 2 参照)。

非常に伝導性の高い小型のバー (バーバー ポール) をパーマロイの最上部に配置します。これらのバーの形状の効果でパーマロイ内の電流が分流し、電流経路が変わります。ただし、磁気的挙動は変わりません。バーバー ポールの間の電流は最短経路をとります。たとえば、バーバー ポールに対して垂直に流れます。

センサ出力信号の線形性は、最大出力電圧振幅に対する実信号振幅の関係によって決まります。 図 4 は、この割合に関する線形性偏差を示しています (パーセント)。 

たとえば外部磁界に対して平行であろうが逆平行であろうが、磁区での静磁エネルギーは同じです。すなわち、安定した環境において磁区は 2 つの方に変動することがあります。 これは高磁界センサの場合は問題にはなりません。αにおいて伝達曲線が方形型になっているからです。 しかし、バーバー ポール センサの場合には大きな影響があります。出力信号が sign も変化させるからです。 

この理由から、バーバー ポール センサのような低磁界磁気抵抗センサは、MR ストライプ (すなわち xdirection) に沿った方向になっている別の外部磁場 (Hx) によって安定させる (バイアスをかける) 必要があります。この磁場の役目は、優先方向を定めて磁区を調整することだけです。   バイアス磁場は、外乱磁場によって磁区が切り替わることがない程度に強力である必要があります。約 2.5 kA/m よりも強力なバイアス磁場であればセンサの適切な性能が確保されることが経験的にわかっています。 

バイアス磁場がセンサの感度を変化させることに留意する必要があります。このことを図 x および 表 x に示します。 

通常、安定した Hx 磁界は永久磁石によって生成されます。KMY20S または KMZ20S を用いる場合は、お客様が永久磁石を利用して必要なバイアス磁場を生成する必要があります。 KMY20M と KMZ20M には硬質フェライト磁石が内蔵されています。 最大外部磁界強度は、永久磁石材料の安定性によってのみ制限されます。 KMY20M および KMZ20M のタイプの場合は、約 40 kA/m (500 Gauss) を超える外乱磁場によって永久磁石の磁化方向が不可逆的に変わる場合があります。  このことによってオフセット電圧が永続的な変化を引き起こし、センサ機能が破壊される可能性があります。この制限は、S タイプ センサを他の磁石 (希土類磁石など) と組み合せて使用することで緩和できます。ただし、ユーザが用意する必要があります。   

オーム抵抗と磁気抵抗はいずれも伝導電子の散乱過程から生じます。あらゆる散乱過程は温度に依存します。したがって、ブリッジ抵抗および MR 効果 ∆R/R も同様に温度依存性を示します。温度係数は、通常、次の式のように 2 つの温度にかかわっています。   

パーマロイの場合は、ブリッジ抵抗および振幅温度係数はいずれもほぼ同じ値ですが sign TCBR≈-TCSV で違いがあります。 

この事実から、ユーザは定電流電源を使用することで感度の温度依存を打ち消すことができます。 この場合、温度およびブリッジ抵抗の増加とともに供給電圧が増加します。 この効果によって出力電圧が増加し、感度の損失が打ち消されます。 

オフセットの温度係数も重要な値です。この温度係数は、4 つのブリッジ抵抗器の温度挙動のわずかな違いに起因します。 実際には、出力電圧のドリフトが観察されます。これを磁場に起因する通常の出力信号と分離することはできません。  DC 信号結合を使用する用途では、このように測定精度がオフセットの温度係数によって制限されます。 

パーマロイは非常に堅牢な材料であり、被覆保護されていれば約 300°C までの非常に高い温度に耐えることができます。 この場合、実装が制約要因になります。