基于隧道磁电阻的位移传感器文献综述

一、选题背景和意义：

当今的社会信息化靠的是现代信息技术——传感器技术、通信技术和计算机技术三大支柱的支撑，由此可见：传感器技术在国家工业化和社会信息化的进程中有着突出的地位和作用。传感器技术是在工业过程中实现测试与自动控制的重要环节。在测试和自动控制系统中，传感器技术的主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。具体地说传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。如果没有传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换，一切准确的测试与控制都将无法实现，即使最现代化的电子计算机，没有准确的信息（或转换可靠的数据），不失真的输入，也将无法充分发挥其应有的作用。

磁传感器是种类繁多的传感器中的一种，它能够感知与磁现象有关的物理量的变化，并将其转变为电信号进行检测，从而直接或间接地探测磁场大小、方向、位移、角度、电流等物理信息。磁传感器的应用十分广泛，已在国民经济、国防建设、科学技术、医疗卫生等领域都发挥着重要作用，成为现代传感器产业的一个主要分支。在传统产业应用和改造、资源探查及综合利用、环境保护、生物工程、交通智能化管制等各个方面，它们发挥着愈来愈重要的作用。目前广泛应用的磁传感器主要是基于电磁感应原理、霍尔效应、磁电阻效应及磁致伸缩效应等制成的。其中基于磁电阻效应的传感器由于其高灵敏度、小体积、低功耗及易集成等特点正在慢慢取代传统的磁传感器成为现在的主流。磁电阻(MR)效应是指当外磁场发生改变时，材料的电阻发生改变的效应。1857年各向异性磁电阻(AMR）效应首次被发现，之后的数十年中，不同类型的效应被相继发现。常见的磁电阻效应有各向异性磁电阻(AMR)效应、巨磁电阻(GMR)、庞磁电阻(CMR)以及隧道磁电阻(TMR)。隧道磁电阻效应是一种与自旋极化输运过程相关的现象。量子力学的隧道效应就是指粒子穿过势垒并出现在经典力学禁阻区域的过程。当一个电子通过由金属层／绝缘层／金属层构成的三明治薄膜，绝缘层就形成一个势垒很高的势阱，电子能以一定的几率通过隧道效应而穿过势垒，这样铁磁电极之间的导电就是一种隧穿效应。

本文的主要内容就是设计一种基于隧道磁电阻传感器制成的位移传感器。利用传感器对运动目标的状态进行精准测量和监控也被应用于生产研究的各个领域，而位移测量作为一种基础量在工程测量项目中是非常关键的。在实际应用中，隧道磁电阻同时具备各向异性磁电阻的高灵敏度和巨磁电阻的宽动态范围两个优点，各项性能指标都优于其他磁电阻传感器。利用隧道磁电阻效应制备的位移传感器还有对使用环境要求低和小型化等优势，可以制备用以测量位置的直线位移传感器，因此设计出利用隧道磁电阻效应来测量位置的直线位移传感器是十分有意义的。

二、课题关键问题及难点：

1. 了解隧道磁电阻的原理及其常用的敏感方向,了解磁电阻传感器的各项参数和工作条件；
2. 学习永磁体磁场分布规律分析，选取合适的磁铁，设计合适的空间排布，并学会使用Maxwell等仿真软件仿真磁场变化；
3. 微位移发生装置的设计与构建；
4. 搭建微位移传感器的实验验证平台，进行传感器实验和分析。

三、文献综述（或调研报告）：

1） 序言

在工业自动化发展的今天，利用传感器对运动目标的状态进行精准测量和监控也被应用于生产研究的各个领域，而位移测量作为一种基础量在工程测量项目中是非常关键的，利用TMR制备的位移传感器对使用环境要求低和小型化等优势，可以制备用以测量位置的直线位移传感器，因此设计出利用效应来测量位置的直线位移传感器是十分有意义的。

本课题的基本思路是设计一种基于隧道磁电阻传感器制成的位移传感器。通过利用隧道磁电阻高灵敏度和宽动态范围两个优点，设计惠斯通电桥测量电路、磁通聚焦器、永磁体磁场，位移发生器等。系统软硬件设计，并为设计的位移传感器搭建合理的测试平台，从而设计出一套完整的测量系统。

2） 研究现状