سنسور مغناطیسی (Magnetoresistive Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور مغناطیسی (Magnetoresistive Sensor) :
سنسورهای مغناطومقاومتی (MR)، بر اساس تغییر مقاومت یک ماده فرومغناطیس در حضور میدان مغناطیسی کار می کنند. این تغییر مقاومت بسیار بزرگتر از اثر هال است و امکان ساخت سنسورهای کوچک، حساس و کم مصرف را فراهم می کند. سه نوع اصلی وجود دارد: AMR، GMR، و TMR.
AMR (Anisotropic Magnetoresistance): در مواد فرومغناطیس، مقاومت به زاویه بین جهت جریان و جهت مغناطش بستگی دارد. در یک سنسور AMR، یک لایه نازک از آلیاژ نیکل-آهن (پرمالوی) به کار می رود. مقاومت با
\[ \cos^2\theta \]تغییر می کند. با استفاده از یک ساختار پل وتستون و یک سیم پیچ تنظیم (set/reset coil) برای حفظ جهت مغناطش، می توان میدان را اندازه گیری کرد. محدوده اندازه گیری معمولا تا چند صد میکروتسلا با حساسیت خوب. کاربرد در قطب نماها و سنسورهای موقعیت.
GMR (Giant Magnetoresistance): در ساختارهای چندلایه (مثلا [Fe/Cr] چندلایه) مشاهده می شود. مقاومت به آرایش نسبی مغناطش لایه ها بستگی دارد: موازی (مقاومت کم)، پادموازی (مقاومت زیاد). درصد تغییر مقاومت می تواند تا ۵۰٪ باشد. سنسورهای GMR بسیار حساس و کوچک هستند و در هدهای خواندن هارد دیسک و انکودرهای دقیق استفاده می شوند.
TMR (Tunneling Magnetoresistance): پیشرفته ترین نوع، با یک لایه عایق نازک بین دو لایه فرومغناطیس. الکترون ها با تونل زنی از عایق عبور می کنند و مقاومت به موازی/پادموازی بودن مغناطش لایه ها بستگی دارد. درصد تغییر مقاومت بسیار بالا (تا چند صد درصد) و حساسیت فوق العاده. در سنسورهای زاویه با دقت بالا و MRAM استفاده می شود.
مزایا (نسبت به هال):
حساسیت بسیار بالاتر (مناسب برای میدان های ضعیف).
اندازه کوچک (نانومتری).
مصرف توان پایین.
معایب:
محدوده خطی محدودتر.
نیاز به مدارات جبران ساز آفست و تنظیم.
هزینه بالاتر (برای GMR و TMR).
\[ R = R_0 + \Delta R \cos^2\theta \quad \text{(AMR)} \] \[ R = R_P + \frac{\Delta R}{2}(1 - \cos\theta) \quad \text{(GMR spin-valve)} \]کاربردها: قطب نماهای الکترونیکی در تلفن های هوشمند، سنسورهای زاویه و موقعیت (فرمان خودرو، دریچه گاز)، انکودرهای مغناطیسی با دقت بالا، سنسورهای جریان (برای جریان های DC و AC)، و تشخیص اشیاء فلزی.
