Cảm biến GMR nhận từ trường bằng sự thay đổi điện trở ra sao?
Khám phá mở rộng – Vật lý 12
Cảm biến GMR dùng một cấu trúc nhiều lớp có điện trở thay đổi khi trạng thái từ hóa tương đối giữa các lớp thay đổi. Từ trường bên ngoài tác động lên trạng thái ấy, còn mạch điện đọc thay đổi điện trở để tạo tín hiệu.
Không phải dây bị nam châm bóp hẹp
GMR là viết tắt của từ điện trở khổng lồ. Chữ “khổng lồ” nói về mức thay đổi điện trở đáng kể trong loại hiệu ứng này, không có nghĩa cảm biến phải rất lớn hoặc cần nam châm khổng lồ.
Trong cấu trúc điển hình, các lớp từ được ngăn bởi lớp không từ dẫn điện rất mỏng. Khả năng electron bị tán xạ phụ thuộc vào spin và trạng thái từ của các lớp. Vì thế, hướng từ hóa tương đối ảnh hưởng đến sự vận chuyển điện.
Hai hướng tương đối tạo hai đáp ứng khác nhau
Trong một cấu hình thông dụng, trạng thái từ hóa song song cho điện trở thấp hơn trạng thái đối song. Từ trường có thể thay đổi trạng thái tương đối ấy, tạo tín hiệu có thể đo.
Đây là trực giác về cấu trúc lượng tử của vật liệu, không nên vẽ electron như quả cầu tự quay cổ điển rồi cho rằng hình ấy giải thích trọn vẹn spin. Kích thước lớp và đặc tính vật liệu đều quan trọng.
Mạch biến điện trở thành số đọc
Các phần tử GMR có thể được bố trí trong mạch cầu, giúp chuyển thay đổi điện trở thành điện áp đầu ra. Nguồn cấp duy trì việc đọc; nam châm không đóng vai trò chiếc pin nuôi mạch.
Một ứng dụng có thể theo dõi vị trí nam châm trên chi tiết đang quay hoặc dịch chuyển. Nhưng tín hiệu phụ thuộc hướng trường và đặc tính cảm biến. Nếu cấu trúc đã bão hòa, tăng trường không còn tạo thay đổi như trong miền nhạy ban đầu; trễ cũng có thể ảnh hưởng.
Hiểu lầm: GMR chỉ là tên khác của Hall. Hall dựa vào điện áp ngang do hạt tải bị lệch; GMR ở đây dựa vào điện trở của cấu trúc nhiều lớp.
Ghi nhớ: từ trường đổi trạng thái từ, trạng thái từ đổi tán xạ electron, điện trở đổi và mạch đọc tín hiệu.
Đọc thêm
- Cảm biến Hall biến từ trường thành điện áp bằng cách nào?
- Ổ đĩa cứng lưu các bit bằng những vùng từ hóa trên mặt đĩa ra sao?