磁传感器

  

  、电流、应力应变、温度、光等外因引起敏感元件磁性能变化转换成电信号，以这种方式来检测相应物理量的器件。

  和电子产品中以感应磁场强度来测量电流、位置、方向等物理参数。在现存技术中，有许多不一样的传感器用于测量磁场和其他参数。

  磁性能变化转换成电信号，以这种方式来检测相应物理量的器件。磁传感器分为三类：

  等等。位置传感器： 如果一个磁体和磁传感器相互之间有位置变化，这一个位置变化是线性的就是

  2、温度稳定性。更多的应用领域要求传感器的工作环境越来越严酷，这就要求磁传感器一定要有很好的

  3、抗干扰性。很多领域里传感器的使用环境没有一点屏蔽，就要求传感器本身就具有很好的抗干扰性。包括汽车电子、水表等等。

  4、小型化、集成化、智能。要想做到以上需求，这就需要芯片级的集成，模块级集成，产品级集成。

  5、高频特性。随着应用领域的推广，要求传感器的工作频率慢慢的升高，应用领域包括水表、汽车电子行业、信息记录行业。

  6、低功耗。很多领域要求传感器本身的功耗极低，得以延长传感器的常规使用的寿命。应用在植入身体内磁性

  磁传感器的发展,在上世纪70～80 年代形成高潮。90 年代是已发展起来的这些磁传感器的成熟和完善的时期。

  (1) 集成电路技术的应用。将硅集成电路技术用于磁传感器,开始于1967 年。Honeywell 公司Mi2croswitch 分部的科学技术人员将Si 霍尔片和它的讯号处理电路集成到一个单芯片上,制成了开关电路,首开了单片集成磁传感器之先河。已经出现了

  器件。四端磁阻桥已大量用于磁编码器中,用来检测和控制电机的转速。此外,还作成了磁阻

  、磁阻读头以及二维、三维磁阻器件等。它们可检测10 - 10～10 - 2 T 的弱磁场,灵敏度高、

  。由不同金属、不同层数和层间材料的不同组合,可以制作而成不同的机制的巨磁电阻(giant magneto - resistance) 磁传感器。它们呈现出的随磁场而变化的电阻率,比单层的各向异性

  的要高出几倍,正受到研制高密度记录磁盘读出头的科学技术人员的极大关注，已见有5 G字节的自旋阀头的设计分析的报导。

  材料的采用,及其各种处理工艺的引入,给磁传感器的研制注入了新的活力,已研制和生产出了双芯多谐振荡桥磁传感器、非晶

  、热磁传感器、非晶大巴克豪森效应磁传感器等[4 ] 。发现的巨磁感应效应(giant magneto inductive effect) 和

  (giant magneto - impedance effect) ,比

  的响应灵敏度较高一个量级,可能做成磁头,成为高密度磁盘读头的有力竞争者。利用非晶合金的高

  技术生长In0. 52Al0. 48As/In0. 8Ga0. 2As ,形成假晶结构,产生二维电子气层,其层厚是分子级的,这样一种材料的

  InSb 和GaAs 元件,在296 K时为22. 5 V/ T ,灵敏度的

  也有大的改善,用恒定电流驱动时,为-0. 0084 [%]/ K。用这种材料,除可制造

  就在Co/Ge/Fe磁性隧道结(MagneticTunnelJunctions，

  )（注：MTJs的一般结构为铁磁层/非磁绝缘层/铁磁层(FM/I/FM)的三明治结构）中观察到了TMR效应

  。MTJs中两铁磁层间不存在或基本不存在层间耦合，只需要一个很小的外磁场即可将其中一个铁磁层的磁化方向反向，以此来实现隧穿电阻的巨大变化，故MTJs较金属多层膜具有高得多的磁场灵敏度。同时，MTJs这种结构本身电阻率很高、能耗小、稳定性很高。因此，MTJs无论是作为读出磁头、各类传感器，还是作为磁

  )，都具有无与伦比的优点，其应用前景十分看好，引起世界各研究小组的高度重视

  磁传感器的应用十分广泛，已在国民经济、国防建设、科学技术、医疗卫生等领域都发挥着及其重要的作用，成为现代传感器产业的一个主要分支。在传统产业应用和改造、资源探查及综合利用、环境保护、生物工程、交通智能化管制等每个方面，它们发挥着愈来愈重要的作用。下面就一些重要方面的应用作一论述。

  磁传感器已经在许多领域获得了产业性的应用，每年所需用的磁传感器的总数量以数十亿计。

  无刷电动机具有体积小、重量轻、效率高、调速方便、维护少、寿命长、不产生电磁干扰等一系列优点，年需求量数以亿计。

  ，过去多用光编码器。磁编码器的使用显示出慢慢的变多的优点，正在逐渐取代光学器件。使用磁传感器还可以对电机进行

  技术是电力技术和电子技术的结合，可实现交直流电流的相互变换，并可在所需的范围内实现电流、电压和频率的自由调节。采用这些技术和产品，可做成各种特殊电源(如UPS、

  等)和交流变频器等产品(交流变频器用于电机调速，节约能源的效果极好)。这些变流装置的核心，是大功率半导体器件。以磁传感器为基础的各种

  ，不接入主电路，因而功耗低，抗过载能力强，线性好，可靠性高，既可作为大功率器件的

  可以大量节能，国外使用的电能95%是经过变换来的，国内变流技术虽已受到格外的重视，但仅有5%的电能经过这种变换，可见具有巨大的应用前景。其中，可能吸纳大量的电流传感器，是磁传感器的又一巨大的产业性应用领域。

  电网的自动检测系统需采集大量的数据，经计算机处理之后，对电网的运作状况实施监控，并进行负载的分配调节和安全保护。自动监控系统的各个控制环节，都可用以磁传感器为基础的

  已逐步在电网系统中得到应用。用霍尔器件作成的电度表已从研制逐步转向实用化，它们可自动计费并可显示功率因数，以便随时做调整，保证高效用电。

  磁头，非晶磁头等都获得了大量的使用。随着记录密度的提高，例如高到100G字节，需要更高灵敏度和

  在汽车中，使用大量的电机(高级汽车每辆约需40～60台电机，一般汽车中也有15台，这些电机呈现出无刷化趋势)，其中使用磁传感器的数量之大，不言而喻;另一个大量使用磁传感器的是汽车的

  。这些方面也主要使用感应传感器。霍尔齿轮传感器和霍尔片开关已经在一些车型中使用。据霍尼威尔公司报导，截止1996年6月，他们已向汽车工业供应了8000万只霍尔翼片开关和300万只霍尔齿轮速度传感器。据预测，未来在一辆汽车中，将采用30多只象

  据报道，1995年仅工业过程控制传感器的全球市场已达到260亿美元;2001年计算机HDD用SV-GMR磁头的市场超过了4000亿日元(约合34亿美元)。若采用新型微型磁传感器，既使操作更简便，又提高了可靠性，增长了器件寿命，降低了成本。

  强计一样，而响应速度却快了一倍，消耗功率仅为后者的1%;若用霍尔器件，其分辨率仅4A/m，而所需外场比前者高300余倍;在

  中，SI 传感器的灵敏度是常用电阻丝的2000倍高，是半导体应变规的20～40倍。工业机床的油压或气压汽缸活塞位置检测，广泛采用套在活塞杆上的永磁环和AMR元件组成的磁传感器，检测精度达0.1mm，检测速度可在0～500mm/s内以高低速度变换;改用GMI或SV-GMR传感器后，测量精度至少能大大的提升1个

  。使用绝对信号输出的磁尺，则不受噪声、电源电压波动等干扰，也不必原点复位。使用工作状态磁敏开关，还能够实现手动与数控之间的转换。

  设备的位置检测、传输速度控制，磁盘、打印机之类的自动化设备通讯设备的旋转量检测中都是必不可少的重要部件。其检验测试对象是光磁图形，不受油雾粉尘的影响，因此比目前最先进的光编码器的可靠性高寿命长，尤其适合于自动焊接、油漆机器人和与钢铁有关的位置检测以及各种金属、木材、塑料等加工行业的应用。而仍大量使用光编码器，由于这种器件易受粉尘、油污和烟雾的影响，用在自动焊接、油漆机器人、纺织和钢铁、木料、塑料等的加工中，可靠性极差。应用AMR、GMR 、GMI

  构成的旋转磁编码器，就不存在上述缺点，因此，它们的市场需求年增长率在30%以上。在家用电器和节能产品中也也有其广泛的应用潜力，在

  中也大有用武之地。若使用微型磁编码器和控制微机一体化，更加有助于简化控制管理系统结构，减少元件数和占空体积，这在精密制造和加工业中意义十分重大。

  环境保护的前提是对各个环境参数(温度、气压、大气成份、噪声.......)的监测，这里需要用多种大量的传感器。采用强

  非晶磁弹微型磁传感器，可以同时测量真空或密闭空间的温度和气压，而且不用接插件，可以

  交通事故和交通阻塞是城市中和城市间交通存在的一个大问题。国内外都在加强高速公路行车支持道路系统(AHS)、

  )等的开发与建设。在这些新系统中，高灵敏度、高速响应微型磁传感器大有用武之地。例如，用分辨率可达1nT的GMI和

  ，可构成ITS传感器(作高速路上的道路标志，测车轮角度，货车近接距离)，汽车通过记录仪(测通行方向、速度、车身长度、车种识别)，停车场成批车辆传感器，

  )比较经济的一种电子仪器。如今电子指南针大范围的应用于汽车和手持电子罗盘，手表，手机，对讲机，

  ，望远镜，探星仪，麦加探测器(钟)，手持 GPS 系统，寻路器，武器/导弹导航( 航位推测 )，位置/方位系统，安全/定位设备，汽车、航海和航空的高性能导航设备，

  平行地球表面并始终指向北方。利用GMR薄膜可做成用来探测地磁场的传感器。图5显示这种传感器的具体工作原理。我们大家可以制出能够探测磁场X和Y方向分量的集成GMR传感器。此传感器可作为罗盘并应用在各种交通工具上作为导航装置。美国的NVE公司已经把GMR传感器用在车辆的

  上。例如，放置在高速边的GMR传感器能计算和区别通过传感器的车辆。如果同时分开放置两个GMR传感器，还可以探测出通过车辆的速度和车辆的长度，当然GMR也可用在公路的

  ，从而实现收费的自动控制。另外高灵敏度和低磁场的传感器能用在航空、航天及

  在智能家居门禁系统中门磁开关的作用是负责门磁通电否，通电带磁(闭门)，断电消磁(开门)，门磁安装于门与门套上，开关安装于屋内，配合自动闭门器使用，一般可承受150公斤的拉力。

  发出有线常闭/常开开关信号。门磁是用来探测门、窗、抽屉等是否被非法打开或移动。它由

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