非接觸式位置傳感器是許多現(xiàn)代機(jī)器中小而重要的部件。研究人員已經(jīng)使用稱為磁阻的現(xiàn)象來開發(fā)實際的，低成本的位置傳感器，其比現(xiàn)有設(shè)計執(zhí)行得更好。今年將有商業(yè)生產(chǎn)。

記錄可移動物體的位置的電子傳感器幾乎在每個機(jī)器中出現(xiàn)，從印刷機(jī)到太空火箭。一般的現(xiàn)代汽車有60多個傳感器，用于測量曲軸，油門，離合器，懸架和數(shù)十個其他運動部件的位置。這些傳感器需要便宜（0.5-5歐元），但非常魯棒和可靠。

最古老的位置傳感器是機(jī)械開關(guān)和滑動電阻（電位計）。因為它們依賴于直接電接觸，所以它們易于磨損，腐蝕和破損，因此現(xiàn)代設(shè)計者傾向于避免它們。

相反，基于磁性現(xiàn)象的非接觸傳感器是流行的。在非接觸傳感器中，線圈（感應(yīng)和電流計傳感器）或半導(dǎo)體元件（“霍爾效應(yīng)”傳感器）檢測安裝在機(jī)器的另一部分上的磁體的存在。

但是傳統(tǒng)的磁性傳感器往往既不敏感又相當(dāng)昂貴。而“霍爾效應(yīng)”傳感器具有另一個缺點，即“開/關(guān)”裝置不能跟蹤物體的精確位置。

介紹磁阻

MUNDIS項目的合作伙伴認(rèn)為他們可以做得更好。他們的結(jié)果表明他們是對的，一個市場準(zhǔn)備的產(chǎn)品很快就會跟隨。歐盟資助的項目開發(fā)了基于磁阻的更靈敏和更便宜的位置傳感器。這種現(xiàn)象描述了磁場如何改變某些材料的電阻，從十九世紀(jì)就已經(jīng)知道，但直到最近沒有工業(yè)應(yīng)用。

“巨磁阻”（GMR）發(fā)現(xiàn)于1988年，現(xiàn)在應(yīng)用于計算機(jī)硬盤。GMR和稱為薄膜磁阻（TMR）的另一效應(yīng)可以用于位置傳感器。然而，根據(jù)MUNDIS協(xié)調(diào)員Ricardo Ibarra教授的說法，GMR和TMR是大公司的省份，因為它們需要在為半導(dǎo)體工業(yè)開發(fā)的潔凈室和其他設(shè)備方面進(jìn)行大量投資。

Ibarra說，歐盟資助的MUNDIS更有前途，是一種被稱為彈道磁阻（BMR）的效應(yīng)。電子具有稱為自旋（磁矩）的性質(zhì)，其允許它們在納米粒子之間飛行時受到磁場的影響（因此稱為“彈道”）。當(dāng)電流通過沉積在塑料膜上的氧化鐵的納米顆粒時，當(dāng)電子行進(jìn)通過納米顆粒之間的納米接觸時，電子對BMR敏感。

MUNDIS合作伙伴嘗試了兩種不同的納米顆粒制備方法。第一條路線涉及用球磨機(jī)研磨氧化鐵，產(chǎn)生了靈敏和合理便宜的實用傳感器。第二種方法使用電化學(xué)從溶液中直接沉積納米顆粒。

“我們還沒有完成電沉積技術(shù)的開發(fā)，但它是非常有前途的，”Ibarra說?！八梢詣?chuàng)建更敏感的設(shè)備，他們最終也應(yīng)該更便宜。

垂直的焦點

從一開始，MUNDIS旨在創(chuàng)建一個實用的BMR設(shè)備：一個齒輪傳感器的位置傳感器為汽車行業(yè)。這是一個四位置“開/關(guān)”傳感器，目標(biāo)成本為€5，批量生產(chǎn)降至€4。

到2008年1月，在項目結(jié)束前三個月，該項目取得了良好的效果。合作伙伴開發(fā)了一個完整的齒輪傳感器位置傳感器所需的所有零件：基于膜的傳感器本身，相關(guān)的印刷電路板和磁鐵架。測試表明，該器件可以可靠地工作1000萬次，以及耐受振動，濕度和熱應(yīng)力。

該技術(shù)已獲得專利，并向在該項目中成為合作伙伴的兩家西班牙中小企業(yè)授權(quán)。Aragonesa de Componentes Pasivos（ACP）是一種電子元件制造商，包括位置傳感器，是傳感器材料。Ficosa國際公司生產(chǎn)汽車零部件和系統(tǒng)，然后組裝完整的傳感器。成本甚至低于原來的目標(biāo)，新的傳感器將在幾個月內(nèi)上市，Ibarra說。

剩余待完成的任務(wù)包括改進(jìn)對傳感器材料的初始電阻的控制，以及獲得對納米結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生的情況的更好理解。

Ibarra說：“雖然傳感器工作良好，但并不是所有的磁阻效應(yīng)都來自BMR。為了詳細(xì)研究BMR的機(jī)理，研究人員現(xiàn)在使用聚焦離子束來構(gòu)建微小的電路，尺寸小于1μm，僅包括幾個納米顆粒。

傳感器可以制成幾乎任何形狀，Ibarra說，原則上，它們的尺寸沒有下限。由于較小的傳感器預(yù)計比大的傳感器工作更好，一些創(chuàng)新的應(yīng)用可能出現(xiàn)。

一個令人興奮的潛在應(yīng)用是在生物傳感。“如果我們可以得到磁性納米粒子粘在微生物，那么我們可以使用BMR傳感器來檢測磁性粒子，從而檢測生物體，”Ibarra說。這顯然是一種具有潛力的技術(shù)。