GMI Sensor Principle & Application 巨磁阻抗传感器 的原理及应用介绍
新.磁.（上.海）.电.子.有.限.公.司 2013.12 By Tony 邮.件. sensors-ic at
GMI Sensor
巨磁阻抗传感器简介
巨磁阻抗效应（GiantMagneto-Impedance effects, GMI）是 指软磁材料的交流阻抗随外加磁场的改变而发生显著变化 的现象，产生GMI效应的主要原因是高频电流的趋肤效应。 GMI磁传感器采用交流驱动,具有灵敏度高、饱和磁场低、 响应快和稳定性好等优点。利用GMI非晶丝材料可设计成高 灵敏度的磁场传感器，用于微弱磁场、电流、位置、生物 分子浓度等物理量的检测,在地磁场测量、地磁匹配导航及 多种弱磁传感器中有着广泛的应用，具有很大的应用前景 和研究价值。
Parameters Technical Dataity Frequency Response Non-linearity Noise Supply Voltage Operating temperature dimensions
测磁范围 灵敏度 响应频率 非线性度 噪声 电源电压 工作温度 模块尺寸
GMI传感器的性能优势
Superior Sensing Performance
(2) Fast Response，Frequencies up to 1MHz are possible.
GMI传感器的性能优势
Superior Sensing Performance
(3) Excellent TemperatureStability
GMI传感器材料——GMI效应
CHARACTERIZATION OF MAGNETO-IMPEDANCE THIN FILM MICROSTRUCTURES
GMI效应测试—非晶 材料GMI特性测量仪
非晶材料磁阻抗特性测量仪简介 一、主要技术参数 1. 系统控制主机：内含可1路可调恒流源（0.3mA~50mA）、2路4 1/2数字电压表和1块USB接口24bit数据采集卡；功耗：<50W。 2. 自动扫描电源：0~±5A，扫描周期8~80秒。 3. 亥姆霍兹线圈：0~±160Gs。 4. 测量专用检波与放大电路技术参数：输入信号动态范围：±30 dB；输出电平灵敏度：30mV / dB；,输出电流：8mA；,转换速率：25 V /μs；相位测量范围： 0~180°；相位输出时转换速率：30MHz；响应时间：40 ns～500 ns；测量夹头间隔10mm。 5. 计算机：PC兼容机，Windows XP、Windows 7操作系统。 6. 数据采集软件：运行环境Windows XP、Windows 7操作系统。
A High Dynamic Range GMI Current Sensor
GMI传感器检测电流
A High Dynamic Range GMI Current Sensor
GMI传感器检测电流
A High Dynamic Range GMI Current Sensor
. Block diagram of the closed-loop.
三轴赫姆霍兹线圈磁场 发生装置
・Within its Helmholtz coils, this device will generate a magnetic field with optional settings or a space with zero magnetic field. ・It uses ultra-high sensitivity MI sensors to measure the magnetic field. ・Three-axis Helmholtz coils controlled by computer are used to generate the magnetic field.
传感器基础材料—非晶丝
The MI Sensor makes use of the Giant MagnetoImpedance effect of magnetic amorphous metal wire.
GMI传感器材料——GMI效应
材料的GMI效应可以用样品阻抗Z随外加磁场Hex变化的ZHex曲线来表征，但这样的曲线不能明确反映出磁阻抗效 应的强弱程度。特别是由于样品的测量长度无法严格控 制，不同样品的Z-Hex无法相互比较，因此可选用阻抗的 相对变化值随外加磁场的变化曲线来表征，用没有外加 磁场时的样品阻抗Z0作为“阻抗的相对变化量”的变化 基准，即DZ/Z0=(Z-Z0)/Z0，其变化率与样品本身的长度无 关。因为测量电流的频率不高，测量导线的发射并不严 重，因此采用四点法进行测量。
Due to high Curie temperature of the wire, temperature characteristic shows excellent stability. This is one of the strengh of MI sensor when compared to the semiconductor magnetic sensors such as hall effect sensors.
GMI传感器电路设计
然后通过信号处理电路检测非晶丝两端的输出电压随外加磁场的 变化，利用单片机进行电压与磁场的转换，从而形成微型磁传感 器。整个传感器由传感单元、信号检测单元、数据采集单元、实 时显示单元和数据传输单元构成，主要包括激励源电路、磁感应 探头、模拟信号处理电路、单片机数据处理电路以及数码管显示 电路。 基本工作过程为：磁敏感元件非晶丝感应与其轴向重合的外加磁 场变化，经过激励电流的作用产生交变信号，模拟信号处理电路 将其变换成对应于磁场变化的电压信号。单片机控制数据采集并 进行计算，输出磁场强度送数码管显示。
微型MI元件设计
Consists of a micro-pickup coil wrapped around the amorphous meta wire.The pickup coil detects the imaginary part of the MI effect.
GMI传感器的性能优势
GMI传感器电路设计
电路基本原理是利用非晶丝在几兆赫兹固定频率、几毫 安的交变电流激励下，其阻抗值Z＝R＋Xi随沿丝轴方向 施加的外磁场而发生变化的现象。根据图2的阻抗变化特 征，选取其中阻抗值最大也最敏感的10MHz交变电流激 励，激发电流的大小对材料特性的影响不大，根据经验 选取其值为10mA。非晶丝在0.25mT以下的磁场激励下阻 抗变化近似线性且曲线的斜率较大，利用此段特性作为 传感器的感应区域。
of 1V/μT and a noise level of 1 nT[51].
GMI传感器选型说明（模拟电压输出）
XM-1DH型GMI传感器主要检测弱磁场变化，可检测出1nT的 磁场噪声变化，该传感器包含一个高灵敏度磁敏单元以及 与之搭配的信号处理单元。传感器通过将截断频率限制在 较低的0.1Hz，消除了静态磁场（地磁场），只感应移动 的铁质物质，且响应非常灵敏，能够感应出约10米远处的 铁质物体，由于该产品的高灵敏性，其可以检测到直径小 到0.1mm的铁性物质，故该产品可以应用于安检、磁定位 测量、组建空间磁场测量阵列等
GMI传感器芯片设计
GMI传感器芯片设计
GMI传感器芯片设计
GMI传感器芯片设计
GMI传感器芯片设计
GMI传感器芯片设计
GMI传感器芯片设计
GMI传感器芯片设计
GMI传感器检测电流 A High Dynamic Range GMI Current Sensor
GMI传感器检测电流
GMI传感器材料——GMI效应
图所示为四点法测量示意图。其中1为亥姆霍兹线圈， 提供匀强磁场；2是本设计使用的非晶丝样品；3是霍 尔传感器，用于测量磁场强度。用示波器分别接入电 阻和非晶丝两端以显示电压变化。
GMI传感器材料——GMI效应
某实验利用国内研制的CoFeNbSiB合金非晶丝作为敏感元件。在室 温下材料对温度的变化不敏感，利用图示的测量方法，在室温下进 行测量。图2所示为在不同频率的激励信号下样品的阻抗随磁场变 化的曲线，在0.25mT的磁场作用下，其阻抗都将达到最大值，当激 发电流频率为10MHz时，其阻抗值为最大
4.0 uT pp (at ± 40 uT DC field) 1V/uT 0.1Hz to 1kHz @ -3dB ＜2%FS 200pT/√Hz @ (0.1Hz to 1kHz) 典型5V 可靠范围-0.3～6V -20～60℃ 11×35×4.6mm
日本Aichi 的GMI传感器
我司代理日本Aichi 的GMI传感器， 目前是日本Aichi在中国的总代理 并同时与台湾/西班牙等地机构合作研发GMI传感器
FIGURE 7. a) Layout of the commercialized GMI sensor from Aichi Steel Co. (b) Noise output of the GMI sensor. b) Fig. 7showsa GMI sensor developed by Aichi Steel Co., which has a very high sensitivity
(1) Extremely High Sensitivity， up to 10-6 Gauss can be detected.
GMI传感器的性能优势
GMI传感器的性能优势
主要磁传感器性能对比 器件种类 探头长度 分辨率 响应速度 功耗 霍尔器件 10-100 0.5Oe/1kOe 1MHz 10mW MR器件 10-100 0.1Oe/100Oe 1MHz 10mW GMR器件 10-100 0.01Oe/20Oe 1MHz 10mW 磁通门 10-20mm 1μOe/3Oe 5kHz 1W GMI器件 1-2mm 1μOe/3Oe 1MHz 10m