巨磁阻抗效应是指磁性材料交变阻抗随外加磁场显著变化的效应。它来源于磁感应(magneto-inductive;MI),对其研究最早可追溯到20世纪30年代,但由于当时材料和应用领域的限制,GMI 的应用前景并不明朗,在之后的几十年里未引起人们注意。
1992年,日本科学家首先在CoFeSiB软磁非晶合金丝中发现了GMI效应,即非晶丝在交变电流激发下其阻抗值随沿丝轴方向施加的外加磁场的变化而发生显著变化,阻抗变化率在几奥斯特的磁场作用下可达50%,比金属多层膜Fe/Cu 或Co/Ag在低温、高磁场强度下观察到的巨磁电阻效应(giant magnetoresistance effect; GMR)高一个数量级,自此这一现象引起了广泛关注。
一般定义为
,其中
、
分别表示无外加磁场和外加磁场下软磁材料的交流阻抗,其比值的大小表示材料对磁场变化的敏感程度。巨磁阻抗效应在室温下磁阻抗效应显著和低外磁场下的高灵敏度,使其在磁测量领域中具有巨大的应用潜能。
依据非晶材料交变阻抗随外加磁场的变化特性,在非晶丝轴向方向设计偏置线圈,对非晶丝施加偏置磁场,使非晶丝工作在最灵敏的区域内。传感器工作时,振荡器产生高频交变信号驱动敏感元件,即非晶丝;此时敏感元件作为传感器的探头,其两端的电压敏感于外部被测磁场;二极管峰值检波电路检测敏感元件两端的峰值电压;差分放大电路将该峰值电压与基准电压进行差分放大运算,并将运算结果施加在负反馈线圈上,从而构成完整的传感器电路。
基于巨磁阻抗效应的非晶材料磁传感器因其具有灵敏度高、响应速度快、体积微小等重要优势,在地磁导航领域中具有广阔的应用前景。