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Ausgewählte Ausgabe: S1-2016 Ansicht: Modernes Layout
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Magnetische Sensoren für Weg- und Winkelmessung unter rauen Umgebungsbedingungen

Magnetische Sensoren auf magnetoresistiver (MR) Basis eignen sich für einen extrem breiten Anwendungsbereich. Im Allgemeinen beschreibt der MR-Effekt die Änderung eines elektrischen Widerstands in einem externen magnetischen Feld. MR-Sensoren werden nicht nur benutzt, um magnetische Felder zu messen, für Weg- oder Winkelmessung, sondern werden auch angewandt für berührungslose Schalter und hochdynamische Strommessung. Ein besonders interessantes Einsatzgebiet ist im Bereich der Antriebstechnik, wenn es um präzise und dynamische Messungen sowie hohe Zuverlässigkeit unter schwierigen Betriebsbedingungen geht. Prinzip bedingt und aufgrund der kleinen Abmessungen sind MR-Sensoren besonders geeignet in Anwendungen unter extremen Umgebungen, wo zum Beispiel hohe oder niedrige Temperaturen, Strahlung, Druck, mechanischer Schock oder Schwingungen herrschen (Bild 1).


Bild 1 Zahlreiche Bewegungen am Mars-Rover „Curiosity“ werden von AMR- Sensoren überwacht.

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Zahlreiche Bewegungen am Mars-Rover „Curiosity“ werden von AMR- Sensoren überwacht.

Magnetoresistive (MR) Sensoren sind feste Bestandteile von Automobilen, Handys, medizinischen Geräten, Windrädern, Werkzeugmaschinen oder Industrierobotern: sei es für die Messung von Weg, Winkel, elektrischem Strom oder als elektronischer Kompass. Ursprünglich für Festplattenspeicher entwickelt, öffnet der MR-Effekt viele Möglichkeiten für die Sensorik, und das nicht nur für irdische Anwendungen, sondern auch für die Raumfahrt.

Magnetoresistive Sensortechnologie

MR-Sensoren sind robust, zuverlässig, präzise und sehr klein. Dieser Kombination von Eigenschaften verdanken sie ständig zunehmende Anwendungsbereiche. Dank des extrem niedrigen Stromverbrauchs sind sie ideal geeignet für kabellose, autonome Sensoranwendungen. Sie bieten Konstrukteuren aus den unterschiedlichsten Bereichen neue Möglichkeiten bei ihrer Messaufgabe.
Der magnetoresistive Effekt ist bereits seit mehr als 150 Jahre bekannt. Der britische Physiker William Thomson, später genannt Lord Kelvin, machte die Entdeckung, dass der elektrische Widerstand eines Leiters sich unter dem Einfluss eines magnetischen Feldes ändert. Allerdings konnte die sensorische Nutzung des MR-Effekts erst vor circa 30 Jahren mit der Dünnschichttechnik aus der Halbleiterindustrie voran gebracht werden. Die intelligente Anordnung der Dünnschicht-Strukturen innerhalb eines Sensors ermöglichte die Entwicklung vieler unterschiedlicher Sensortypen zum Messen des Winkels, der Stärke oder des Gradienten eines Magnetfelds. Der von Thomson entdeckte Effekt wurde als “anisotroper magnetoresistiver Effect” (AMR) bezeichnet und resultierte in einer Änderung des Widerstands von nur wenigen Prozent. Der Effekt wurde millionenfach in der Produktion von Schreibleseköpfen in Festplatten genutzt. Ende der 1980er Jahre entdeckten Prof. Grünberg vom Forschungszentrum Jülich sowie Prof. Fert an der Universität Paris unabhängig von einander den “giant magnetoresistive effect” (GMR). Hier liegt die Änderung des Widerstands bei mehr als 50 %, wodurch sich die Einsatzmöglichkeiten für MR-Sensoren vervielfältigten. Die beiden Entdecker wurden 2007 mit dem Nobel-Preis für Physik ausgezeichnet.

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Autoren

Dr. Rolf Slatter

Geschäftsführer Sensitec GmbH
 
Kontakt:
Sensitec GmbH
Georg-Ohm-Straße 11
35633 Lahnau
Tel.: 0 64 41/97 88-0
Fax: 0 64 41/97 88-17
E-Mail: rolf.slatter@sensitec.com
www.sensitec.com

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