Спиновые датчики, основанные на явлении гигантского магниторезистивного эффекта (GMR) или туннельного магниторезистивного эффекта (TMR), используют спин электрона как носитель информации. В отличие от традиционных датчиков Холла, которые измеряют только величину магнитного поля, спиновые сенсоры способны регистрировать направление спина, обеспечивая более высокую точность и чувствительность.
Ключевым принципом работы является зависимость сопротивления магнитного слоя от относительной ориентации магнитных моментов соседних ферромагнитных слоев. При параллельной ориентации сопротивление минимальное, при антипараллельной — максимальное. Изменение сопротивления преобразуется в электрический сигнал, который далее используется в автомобильных системах.
Ферромагнитные слои. Основными материалами являются кобальт, железо и никель, часто в виде сплавов (например, CoFe, NiFe). Толщина слоев варьируется от нескольких нанометров до десятков нанометров, что критично для формирования GMR- или TMR-эффекта.
Немагнитный слой. Между ферромагнитными слоями располагается немагнитный проводящий слой для GMR-датчиков или изолятор для TMR. В последнем случае толщина изолятора порядка 1–2 нм, что позволяет реализовать туннельный эффект.
Подложка и защитные слои. Подложка должна обеспечивать механическую стабильность и термическую совместимость с автомобильными условиями эксплуатации. Защитные покрытия предотвращают окисление и коррозию.
Датчики скорости колес. Используются в антиблокировочных системах (ABS) и системах контроля тяги. Спиновые сенсоры регистрируют изменение магнитного поля от зубцов металлического диска или магнита, закрепленного на колесе. Высокая чувствительность позволяет точнее определять момент вращения и предотвращать проскальзывание.
Датчики положения коленчатого и распределительного валов. Спиновые сенсоры фиксируют положение валов с высокой точностью, что критично для синхронизации впрыска топлива и зажигания. Малый размер и высокая долговечность делают их предпочтительными для современных двигателей внутреннего сгорания.
Датчики положения рулевого колеса и педалей. В современных системах помощи водителю и электроприводах рулевого управления используются TMR-датчики. Они обеспечивают линейную зависимость сигнала от угла поворота и устойчивы к механическим вибрациям.
Бесконтактные датчики положения дроссельной заслонки и тормозной системы. Позволяют точно контролировать поток воздуха и давление торможения без механического износа, увеличивая срок службы и надежность системы.
Спиновые сенсоры должны выдерживать широкий диапазон температур, вибрации, удары и воздействие агрессивных сред (масел, топлива, солевых растворов).
Защита от помех. Магнитные и электрические помехи могут искажать сигнал. Для компенсации используют многослойные экраны и дифференциальное включение сенсоров.
Калибровка. На этапе производства проводится калибровка на эталонном магнитном поле. В процессе эксплуатации датчики самокалибруются, используя встроенные алгоритмы обработки сигнала.