टीएमआर कोण सेंसर के संचालन का सिद्धांत

टीएमआर (टनलिंग मैग्नेटो रेजिस्टेंस) एंगल सेंसर टनलिंग मैग्नेटो रेजिस्टेंस प्रभाव पर आधारित एक उच्च परिशुद्धता सेंसर है, जिसका व्यापक रूप से औद्योगिक नियंत्रण, ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स, एयरोस्पेस और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। इसका कार्य सिद्धांत भौतिकी के चुंबकीय सिद्धांत और इलेक्ट्रॉनिक्स के सिद्धांत को गहराई से जोड़ता है, चुंबकीय क्षेत्र की दिशा और ताकत निर्धारित करने के लिए प्रतिरोध मूल्य में परिवर्तन को मापता है, और फिर कोण की जानकारी निर्धारित करता है।

I. टीएमआर प्रभाव का मूल सिद्धांत

टीएमआर प्रभाव, या टनलिंग मैग्नेटोरेसिस्टेंस प्रभाव, एक विशेष घटना है जो चुंबकीय सुरंग जंक्शनों (एमटीजे) में होती है, जिसमें दो लौहचुंबकीय परतें (स्थिर और मुक्त) होती हैं जो एक गैर-चुंबकीय इन्सुलेट परत (अवरोध परत) से अलग होती हैं। जब इंसुलेटिंग परत पर्याप्त पतली होती है (आमतौर पर कुछ नैनोमीटर), तो इलेक्ट्रॉन क्वांटम टनलिंग के प्रभाव के तहत इंसुलेटिंग परत को एक लौहचुंबकीय परत से दूसरे तक पार कर सकते हैं। यह सुरंग बनाने की प्रक्रिया दो लौहचुम्बकीय परतों की चुम्बकत्व दिशाओं के प्रति बेहद संवेदनशील है: जब दो परतों की चुम्बकत्व दिशाएँ समानांतर होती हैं, तो सुरंग बनाने का प्रतिरोध छोटा होता है; जब चुम्बकत्व दिशाएँ प्रतिसमानांतर होती हैं, तो सुरंग बनाने का प्रतिरोध बड़ा होता है। इसलिए, सुरंग प्रतिरोध के परिवर्तन को मापकर, यह दो लौहचुंबकीय परतों के चुंबकत्व दिशा के सापेक्ष परिवर्तन को प्रतिबिंबित कर सकता है।

द्वितीय. टीएमआर कोण सेंसर की संरचना

टीएमआर कोण सेंसर में आमतौर पर दो भाग होते हैं: टीएमआर सेंसर चिप और स्थायी चुंबक। उनमें से, कई एमटीजे संरचनाएं टीएमआर सेंसर चिप के अंदर एकीकृत होती हैं, और प्रत्येक एमटीजे संरचना में एक निश्चित परत, एक बाधा परत और एक मुक्त परत होती है। स्थिर परत की चुंबकत्व दिशा विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान तय होती है और बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के साथ नहीं बदलती है; मुक्त परत की चुंबकत्व दिशा अपेक्षाकृत लचीली होती है और बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के साथ बदल सकती है। स्थायी चुंबक का उपयोग एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, और जब स्थायी चुंबक घूमता है, तो इसके द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र की दिशा भी बदल जाएगी, इस प्रकार टीएमआर सेंसर चिप में मुक्त परत की चुंबकीयकरण दिशा प्रभावित होगी।

तृतीय. टीएमआर कोण सेंसर का कार्य सिद्धांत

1. मुक्त परत पर चुंबकीय क्षेत्र का प्रभाव

जब स्थायी चुंबक घूमता है, तो उसके द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र की दिशा बदल जाती है। यह परिवर्तित चुंबकीय क्षेत्र टीएमआर सेंसर चिप में मुक्त परत पर कार्य करेगा, जिससे मुक्त परत की चुंबकीयकरण दिशा तदनुसार बदल जाएगी। चूँकि मुक्त परत की चुम्बकत्व दिशा सीधे सुरंग प्रतिरोध के परिमाण से संबंधित होती है, चुम्बकत्व दिशा में परिवर्तन के परिणामस्वरूप सुरंग प्रतिरोध में परिवर्तन होगा।

2. प्रतिरोध परिवर्तन और कोण के बीच संबंध

टीएमआर कोण सेंसर में, कई एमटीजे संरचनाएं आमतौर पर एक निश्चित लेआउट के अनुसार सेंसर चिप पर व्यवस्थित की जाती हैं, और इन एमटीजे संरचनाओं के प्रतिरोध परिवर्तनों को सर्किट डिजाइन द्वारा मापने योग्य विद्युत संकेतों में परिवर्तित किया जाता है। जब स्थायी चुंबक घूमता है, तो चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में परिवर्तन से मुक्त परत के चुंबकत्व की दिशा में परिवर्तन होता है, जिसके परिणामस्वरूप सुरंग प्रतिरोध में परिवर्तन होता है। इन प्रतिरोध परिवर्तनों को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करने के बाद, आगे की प्रक्रिया और विश्लेषण द्वारा स्थायी चुंबक के घूर्णन के कोण को निर्धारित किया जा सकता है।

विशेष रूप से, टीएमआर कोण सेंसर आमतौर पर माप परिणामों पर तापमान जैसे बाहरी कारकों के प्रभाव को कम करने के लिए व्हीटस्टोन ब्रिज जैसे सर्किट डिजाइन का उपयोग करते हैं। जब स्थायी चुंबक घूमता है, तो सेंसर चिप पर विभिन्न स्थानों पर एमटीजे संरचनाएं विभिन्न दिशाओं और आकारों के चुंबकीय क्षेत्रों के अधीन होती हैं, जिसके परिणामस्वरूप उनके प्रतिरोध मूल्यों में विभिन्न परिवर्तन होते हैं। प्रतिरोध मूल्यों में ये परिवर्तन व्हीटस्टोन ब्रिज में एक अंतर संकेत उत्पन्न करते हैं, जिसका आकार स्थायी चुंबक के घूर्णन कोण के समानुपाती होता है। इस विभेदक संकेत के आकार को मापकर स्थायी चुंबक के घूर्णन के कोण को निर्धारित किया जा सकता है।

3. कोण माप सीमा और सटीकता

टीएमआर कोण सेंसर में आमतौर पर एक विस्तृत माप सीमा और उच्च माप सटीकता होती है। चूंकि टीएमआर प्रभाव चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में परिवर्तन के प्रति बहुत संवेदनशील है, टीएमआर कोण सेंसर छोटे कोणीय परिवर्तनों की सटीक माप का एहसास करने में सक्षम हैं। साथ ही, गैर-संपर्क माप के उपयोग के कारण, टीएमआर कोण सेंसर यांत्रिक पहनने और संदूषण जैसी समस्याओं से बचाता है, और माप की स्थिरता और विश्वसनीयता में सुधार करता है।

चतुर्थ. टीएमआर एंगल सेंसर के लाभ और अनुप्रयोग

1. लाभ

उच्च सटीकता: टीएमआर कोण सेंसर उच्च माप सटीकता के साथ छोटे कोणीय परिवर्तनों की सटीक माप का एहसास कर सकते हैं।
उच्च संवेदनशीलता: क्योंकि टीएमआर प्रभाव चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में परिवर्तन के प्रति बहुत संवेदनशील है, इसलिए टीएमआर कोण सेंसर में उच्च संवेदनशीलता होती है।
कम बिजली की खपत: टीएमआर कोण सेंसर ऑपरेशन के दौरान कम बिजली की खपत करते हैं, जो ऊर्जा की बचत और पर्यावरण संरक्षण के लिए अनुकूल है।
कम शोर: टीएमआर कोण सेंसर में उच्च सिग्नल {{0} से {{1} शोर अनुपात होता है और जटिल वातावरण में कोण की जानकारी को सटीक रूप से माप सकते हैं।
कम तापमान बहाव: व्हीटस्टोन ब्रिज जैसे सर्किट डिजाइन को अपनाकर, टीएमआर कोण सेंसर माप परिणामों पर तापमान और अन्य बाहरी कारकों के प्रभाव को कम कर सकता है, और कम तापमान बहाव होता है।

2. आवेदन

औद्योगिक नियंत्रण: औद्योगिक स्वचालित उत्पादन लाइनों में, टीएमआर कोण सेंसर का उपयोग सटीक नियंत्रण प्राप्त करने के लिए यांत्रिक भागों के रोटेशन कोण और स्थिति की जानकारी को मापने के लिए किया जा सकता है।
ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स: ऑटोमोटिव उद्योग में, ऑटोमोबाइल ड्राइविंग की स्थिरता और सुरक्षा में सुधार के लिए, टीएमआर कोण सेंसर का उपयोग स्टीयरिंग व्हील, स्टीयरिंग व्हील शाफ्ट, पहियों और अन्य घटकों के रोटेशन कोण और स्थिति की जानकारी को मापने के लिए किया जा सकता है।
एयरोस्पेस: एयरोस्पेस क्षेत्र में, विमान की सुरक्षा और स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए विमान के रुख, पतवार विक्षेपण और अन्य प्रमुख मापदंडों को मापने के लिए टीएमआर कोण सेंसर का उपयोग किया जा सकता है।

वी. निष्कर्ष

टीएमआर कोण सेंसर टनल मैग्नेटोरेसिस्टेंस प्रभाव पर आधारित एक उच्च परिशुद्धता सेंसर है, और इसका कार्य सिद्धांत प्रतिरोध मूल्य के परिवर्तन को मापकर चुंबकीय क्षेत्र की दिशा और ताकत निर्धारित करता है, और फिर कोण की जानकारी निर्धारित करता है। उच्च सटीकता, उच्च संवेदनशीलता, कम बिजली की खपत, कम शोर और कम तापमान बहाव के अपने फायदों के कारण, टीएमआर कोण सेंसर का व्यापक रूप से औद्योगिक नियंत्रण, ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स, एयरोस्पेस और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। विज्ञान और प्रौद्योगिकी के निरंतर विकास और प्रगति के साथ, टीएमआर कोण सेंसर भविष्य में और भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाएंगे।