近日,由华东师大物理系和软件学院杨燮龙、王江涛、赵振杰等教授组成的课题组,研制出一种新型的纳米巨磁阻抗效应(Giant Magneto-Impedance,简称GMI)速度传感器,并已通过上海市科委验收,成为拥有独立自主知识产权的新一代汽车速度传感器。这一新成果有望用于装配国产汽车,打破国外垄断。
高速行驶中的车辆紧急刹车时,容易出现打滑、甩尾或者失去转向能力等危险。为此,国内外汽车业广泛使用刹车防抱死系统(ABS),以提高驾驶员对车辆的安全控制。目前,通用、奔驰、宝马等厂家生产的轿车全部装有这一系统,国内中高档轿车也有约3/4进行了安装。而作为这一系统重要组成部分的速度传感器,需要具备灵敏度高、温度稳定性好、材料成本低等特点。
此外,出于环保要求,自2005年起,我国要求汽车出厂前必须装备车载自动诊断系统(EOBD)。该系统对汽车零部件、各类电子控制系统提出了更高的要求,其中很主要的一条就是要求汽车通过主动式速度传感器为其提供脉冲速度信号。该规定为汽车主动式传感器应用开辟了新的市场,预计增加年需求量200万套以上。
目前,市场上ABS传感器大多采用被动式的电磁感应线圈传感器,它的主要缺点是输出信号幅值随车速变化,在低于5km/h时幅值极低,易造成漏信号,如遇冰雪或泥泞地,传感器就会失去效用。近年来,欧美一些厂商开始推荐采用主动式霍尔或磁电阻传感器,其输出脉冲可以不随车速变化,响应也快,但元件温度稳定性和灵敏度都不高。当前国产中高档轿车的ABS系统,主要采用国外进口元件组装,技术上未有突破。打破国外垄断,推出新一代磁敏传感器,已成为我国进一步推广和发展ABS系统的迫切任务。
纳米磁敏GMI器件是利用纳米晶的巨磁阻抗效应研制的一种新型磁敏传感器,它的灵敏度比巨磁电阻效应(Giant Magneto Resistive,简称GMR)还高一个数量级。由于灵敏度高、稳定性好、非接触等优点,在信息、汽车、自动检测和国家安全等方面有着广泛的应用前景,已引起世界各国政府和企业家的重视,纷纷投入大量人力和物力在该领域抢占高地。
华东师大早在1991年先后承担了国家“八五”和“九五”攀登计划有关铁基纳米微晶材料和巨磁阻抗效应的研究项目,取得一系列创新成果。同时,还承担了国家863和上海市科委纳米中心多项应用研究项目,利用上述成果研制成新型的纳米磁敏GMI传感器,并在汽车防抱死(ABS)和电喷发动机系统上得到应用。近两年,课题组瞄准世界汽车业速度传感器的巨大市场潜力和产品更新换代的技术要求,在前期研究的基础上,与上汽集团、航天机电等单位合作攻关,对材料组分、纳米晶生长、磁路和电路芯片的设计和封装都作了重大改进, 在温度特性、灵敏度和集成化、小型化方面都有所突破,传感器能经受-40℃到+150℃的冷热苛刻环境的考验;纳米材料只需2mm长,体积比早期产品缩小了五倍,结合“荣威750” ABS传感器的特殊要求和外形,还成功设计了该车型防抱死系统相适用的传感器,试装后赴浙江山区和上海市区分别进行初步道路试验1000余公里,无一次故障出现。