TMR-Sensoren
Messung durch den Tunnel
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Kein Mangel an Anwendungen
Sehr aussichtsreich ist die Verwendung in den Leseköpfen von Festplattenlaufwerken. Auch viele industrielle Anwendungen haben sich schon gefunden, wo die Magnetfeldmessung nicht die eigentliche Messaufgabe ist, sondern nur Mittel zum Zweck. Hierzu zählen vor allem Positions- und Drehwinkelsensoren. Die letzteren bestehen aus zwei um 90° verdrehten Wheatstone-Brücken, von denen die eine eine Sinus- und die andere eine Cosinusfunktion ausgibt (Bild 3). Eine typische Baugröße ist 2,5 × 2,5 × 0,8 mm³ bei einem Grundwiderstand von 1,25 MΩ. Wie bei den GMR-Typen ist die Periodizität 360°. Der Betrieb ist berührungs- und verschleißfrei; im Gegensatz zu optoelektronischen Ausführungen sind solche Sensoren unempfindlich gegenüber Verschmutzung, günstig für Anwendungen im Auto, die in Massen erwartet werden. Die höhere Empfindlichkeit im Vergleich zu AMR- und GMR-Sensoren erlaubt zwischen Magnet und Sensorelement Abstände bis zu mehreren Millimetern, sodass genügend Raum für eine hermetisch dichte Verkapselung bleibt. Bild 4 zeigt einen linearen Positionssensor, der eine periodische magnetische Struktur mit einem Raster von einigen Millimetern abfährt.
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Sensitec kooperiert mit der Firma NTN-SNR Bearings, einem großen Hersteller von Wälzlagern. In dem deutsch-französischen Gemeinschaftsprojekt CAMEL (CApteur Magnétique à effet tunnEL) wurden Versionen für Winkel- und Drehzahlmessung in ABS- und ESP-Systemen im Auto entwickelt, die in Verbindung mit einem Multipol-Magnetring arbeiten (Bild 5). Sie sind bei Temperaturen bis über 150 °C einsetzbar.
Es bietet sich an, Sensorelement und Auswerteelektronik (ASIC) direkt in ein Gehäuse einzubauen. Im einfachsten Fall sitzen sie nebeneinander, durch Bonddrähte verbunden (Bild 6). Im Prinzip kann man die TMR-Elemente auch direkt auf den Siliziumchip draufsetzen, was aber technologisch komplizierter wird.
Noch zahllose weitere Anwendungen sind denkbar: galvanisch getrennte Stromsensoren, medizinische Diagnosegeräte, vor allem für die Messung von extrem schwachen, vom menschlichen Körper ausgehenden Magnetfeldern analog zu EKG und EEG, sowie die aufkommenden MRAM-Speicher, wo sie in ultrakleiner Form mit Flächen von 1 µm² oder weniger Verwendung finden sollen. All das wäre ohne Quantenphysik nicht denkbar.
Literatur:
[1] Lemme, H: „Gigantischer“ Effekt wird industriereif. Elektronik 2005, Heft 19, S. 76
- Messung durch den Tunnel
- Langwierige Entwicklung
- Kein Mangel an Anwendungen
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