TMR（トンネル磁気抵抗）角度センサーは、トンネル磁気抵抗効果に基づく高精度センサーであり、産業用制御、自動車エレクトロニクス、航空宇宙、その他の分野で広く使用されています。{0}その動作原理は、抵抗値の変化を測定して磁場の方向と強さを決定し、角度情報を決定することにより、物理学の磁気理論とエレクトロニクスの原理を深く組み合わせています。
I. TMR効果の基本原理
TMR 効果、またはトンネル磁気抵抗効果は、非磁性絶縁層 (障壁層) で分離された 2 つの強磁性層 (固定層と自由層) で構成される磁気トンネル接合 (MTJ) で発生する特殊な現象です。{0}絶縁層が十分に薄い場合 (通常は数ナノメートル)、量子トンネル効果により、電子は一方の強磁性層からもう一方の強磁性層へ絶縁層を通過できます。このトンネル プロセスは、2 つの強磁性層の磁化方向に非常に敏感です。2 つの層の磁化方向が平行である場合、トンネル抵抗は小さくなります。磁化方向が反平行の場合、トンネル抵抗は大きくなります。したがって、トンネル抵抗の変化を測定することにより、2 つの強磁性層の磁化方向の相対的な変化を反映することができます。
II. TMR角度センサーの構造
TMR 角度センサーは通常、TMR センサー チップと永久磁石の 2 つの部分で構成されます。その中で、TMRセンサーチップ内には複数のMTJ構造が集積されており、各MTJ構造には固定層、バリア層、自由層が含まれています。固定層の磁化方向は製造プロセス中に固定されており、外部磁場によって変化することはありません。自由層の磁化方向は比較的柔軟で、外部磁場に応じて変化します。永久磁石は安定した磁場を生成するために使用されますが、永久磁石が回転すると、生成する磁場の方向も変化し、TMR センサー チップの自由層の磁化方向に影響を与えます。
Ⅲ． TMR角度センサーの動作原理
1. 自由層への磁場の影響
永久磁石が回転すると、発生する磁場の方向が変わります。この変化した磁場は TMR センサー チップの自由層に作用し、それに応じて自由層の磁化方向が変化します。自由層の磁化の方向はトンネル抵抗の大きさに直接関係しているため、磁化の方向が変化するとトンネル抵抗も変化します。
2. 抵抗変化と角度の関係
TMR角度センサーでは、通常、複数のMTJ構造が特定のレイアウトに従ってセンサーチップ上に配置され、これらのMTJ構造の抵抗変化が回路設計によって測定可能な電気信号に変換されます。永久磁石が回転すると、磁場の方向が変化し、自由層の磁化の方向が変化し、トンネル抵抗が変化します。これらの抵抗変化が電気信号に変換された後、さらなる処理と分析によって永久磁石の回転角度を決定できます。
具体的には、TMR 角度センサーは通常、ホイートストン ブリッジなどの回路設計を採用して、温度などの外部要因が測定結果に及ぼす影響を最小限に抑えます。永久磁石が回転すると、センサー チップ上のさまざまな位置にある MTJ 構造がさまざまな方向とサイズの磁場にさらされ、その結果、抵抗値にさまざまな変化が生じます。抵抗値のこれらの変化はホイートストン ブリッジ内に差動信号を生成します。その信号の大きさは永久磁石の回転角度に比例します。この差動信号の大きさを測定することで、永久磁石の回転角度を求めることができます。
3. 角度測定範囲と精度
TMR 角度センサーは通常、広い測定範囲と高い測定精度を備えています。 TMR 効果は磁場の方向の変化に非常に敏感であるため、TMR 角度センサーは小さな角度変化を正確に測定できます。同時に、非接触測定の使用により、TMR 角度センサーは機械的摩耗や汚染などの問題を回避し、測定の安定性と信頼性を向上させます。
IV. TMR角度センサーの利点と応用例
1. 利点
高精度：TMR角度センサーは、小さな角度変化を正確に測定し、高い測定精度を実現します。
高感度: TMR 効果は磁場の方向の変化に非常に敏感であるため、TMR 角度センサーは高感度です。
低消費電力: TMR 角度センサーは動作時の消費電力が少ないため、省エネと環境保護に役立ちます。
低ノイズ: TMR 角度センサーは高い信号対ノイズ比を備えており、複雑な環境でも角度情報を正確に測定できます。-
低温度ドリフト：TMR角度センサーはホイートストンブリッジなどの回路設計を採用することで、測定結果に対する温度やその他の外部要因の影響を軽減し、温度ドリフトが低くなります。
2. 申請
産業用制御: 産業用自動生産ラインでは、TMR 角度センサーを使用して機械部品の回転角度と位置情報を測定し、正確な制御を実現できます。
自動車エレクトロニクス: 自動車産業では、TMR 角度センサーを使用して、ステアリングホイール、ステアリングホイールシャフト、ホイール、その他のコンポーネントの回転角度と位置情報を測定し、自動車運転の安定性と安全性を向上させることができます。
航空宇宙: 航空宇宙分野では、TMR 角度センサーを使用して航空機の姿勢、舵の偏向、その他の重要なパラメーターを測定し、航空機の安全性と安定性を確保できます。
V. 結論
TMR 角度センサーは、トンネル磁気抵抗効果に基づく高精度センサーです。その動作原理は、抵抗値の変化を測定することで磁場の方向と強さを決定し、角度情報を決定します。 TMR角度センサは、高精度、高感度、低消費電力、低ノイズ、低温度ドリフトという利点により、産業用制御、自動車エレクトロニクス、航空宇宙およびその他の分野で広く使用されています。科学技術の継続的な発展と進歩に伴い、TMR角度センサーは将来さらに重要な役割を果たすことになります。