- 學位論文
利用巨磁阻效應改善磁性尺的效能
Improving the performance of magnetic ruler using giant magnetoresistance effect
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摘要
位置的定位，是所有量測當中很重要的參考物理量，在機械的領域中，為了精密機械產業高精度的要求，本論文嘗試自行開發巨磁阻感測器用以取代傳統的磁阻感測器。巨磁阻磁感測器具有較高的靈敏度及可調整的線性區段，取代一般所使用的磁異向性(AMR)材料所製成的感測器，但其結構的製程及膜層的優化是一大挑戰。 巨磁阻效應主要跟其膜層結構有很大的關係，此篇將測試不同的膜層厚度實際對照在磁性尺上的感應變化，而得到最佳的巨磁阻結構及最大的感測高度。 將NiFe/Co/Cu/Co類自旋閥巨磁阻改變其中不同的厚度或堆疊，以電子槍真空鍍膜系統成長於SiO2的基板上，可以控制準確厚度。而磁感測器的設計在此分為兩種，其中一種為單組惠司同感測器，將相隔1/4的週期訊號輸出，達到兩相的相位差相差90°，雖然製作上較簡單及接線較方便，但需另外修正由於外在環境產生的雜訊及本身感應磁性尺上的磁場不均勻性而產生的訊號不平整;而另一種則是利用雙組惠思同電橋的形式，不僅可以利用其原理特性增加電壓輸出值，提高阻值的變化，也可以消除磁性尺上磁場大小不同而造成的訊號不一，改變其設計使其輸出也同樣有相位差的變化，但雙組惠司同電橋製作上較困難，且接線也是一大考驗。就以位置感測器來比較，訊號的整齊均一及完整的波形是我們首要考量的，因此建議使用雙組惠司同電橋的形式來作為我們的感測器。 波形是跟磁條設計的形狀，及磁膜的結構相關，因此在此篇嘗試了許多設計，實際對應磁性尺作定點量測，並利用OOMMF軟體模擬其形狀，量測過後發現，具有圓形邊緣及鏈球狀結構形狀，最能優化其訊號，並測試過磁性尺與感測器的間距後，發現由巨磁阻感測器所感測的間距約可到0.6~0.7 mm，比一般所用異向性感測器所感測的0.3~0.4 mm距離還遠。
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