本文對(duì)磁性傳感器的工作原理、分類、應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并進(jìn)一步探討了其發(fā)展趨勢(shì)和方向。

▎磁性傳感器的概況

磁性傳感器具有非接觸測(cè)量、高可靠、堅(jiān)固耐用、測(cè)量靈敏度高等基本特點(diǎn)。磁場(chǎng)能夠穿透許多非金屬物質(zhì)材料，無須直接接觸目標(biāo)物體就可觸發(fā)交換過程。通過使用磁性導(dǎo)體（比如鐵），磁場(chǎng)即可被傳導(dǎo)到較遠(yuǎn)的距離，信號(hào)就能從溫度較高的區(qū)域傳送出去。人們把磁場(chǎng)、電流、應(yīng)力應(yīng)變、溫度、光等引起敏感元件磁性能的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以這種方式來檢測(cè)相應(yīng)物理量的器件叫做磁性傳感器。它們不但用于檢測(cè)磁場(chǎng)的大小和方向，而且還和永磁體等組合，用于位置、速度、角度、溫度、電流等各種非磁學(xué)量的非接觸檢測(cè)。

▎磁性傳感器的種類

自從磁性傳感器作為一種獨(dú)立的產(chǎn)品進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域以來，已經(jīng)從檢測(cè)的人體微弱磁場(chǎng)到檢測(cè)到高達(dá)25T以上的強(qiáng)磁場(chǎng)，都可以獲得相應(yīng)種類傳感器進(jìn)行檢測(cè)。

從應(yīng)用原理上，磁性傳感器的種類主要有：

▎磁性傳感器的應(yīng)用

工業(yè)用途：在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，最流行的磁性傳感器類型是電流傳感器，包括分流電阻器、霍爾效應(yīng)集成電路、電流感應(yīng)變壓器、開環(huán)與閉環(huán)霍爾器件以及磁通門傳感器。

電機(jī)在無刷電動(dòng)機(jī)中，用磁性傳感器來作轉(zhuǎn)子磁極位置傳感和定子電樞電流換向器，許多磁性傳感器，霍爾器件、威根德器件、磁阻器件等都可以使用，但當(dāng)前大量使用的，主要還是霍爾器件。另外磁性傳感器還可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)及轉(zhuǎn)矩檢測(cè)；交流變頻器用于電機(jī)調(diào)速，節(jié)能效果極好。由于磁編碼器的使用顯示出越來越多的優(yōu)點(diǎn)，因此正在逐漸取代光編碼器來對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)和控制。

電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)是電力技術(shù)和電子技術(shù)的結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)交直流電流的相互變換，并可在所需的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電流、電壓和頻率的自由調(diào)節(jié)。采用這些技術(shù)和產(chǎn)品，可做成各種特殊電源（如開關(guān)電源、弧焊機(jī)逆變電源等）和交流變頻器等產(chǎn)品。這些變頻裝置的核心，是大功率半導(dǎo)體器件。以磁性傳感器為基礎(chǔ)的各種電流傳感器被用來監(jiān)測(cè)控制和保護(hù)這些大功率器件?；魻栯娏鱾鞲衅黜憫?yīng)速度快，且依靠磁場(chǎng)和被控電路耦合，不接入主電路，因而功耗低，抗過載能力強(qiáng)，線性好，可靠性高，既可作為大功率器件的過流保護(hù)驅(qū)動(dòng)器，又可作為反饋器件，成為自控環(huán)路的一個(gè)控制環(huán)節(jié)。

能源管理電網(wǎng)的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)需采集大量的數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理之后，對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀況實(shí)施監(jiān)控，并進(jìn)行負(fù)載的分配調(diào)節(jié)和安全保護(hù)。自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)控制環(huán)節(jié)，都可用以磁性傳感器為基礎(chǔ)的電流傳感器、互感器等來實(shí)現(xiàn)。霍爾電流傳感器早已在電網(wǎng)系統(tǒng)中得到應(yīng)用。用霍爾器件作成的電度表也已從研制轉(zhuǎn)向?qū)嵱没?，它們可自?dòng)計(jì)費(fèi)并可顯示功率因數(shù)，以便隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，保證高效用電。

磁信息記錄裝置磁信息記錄裝置除磁帶、磁盤等之外，還有磁卡、磁墨水記錄帳冊(cè)、鈔票的磁記錄等，對(duì)磁信息存儲(chǔ)和讀出傳感器有巨大需求。目前，感應(yīng)磁頭，薄膜磁阻磁頭，非晶磁頭等都獲得了大量的使用。隨著記錄密度的提高，需要更高靈敏度和空間分辨力的磁頭。以多層金屬薄膜為基礎(chǔ)的巨磁阻磁頭、用非晶合金絲制作的非晶合金磁頭、巨磁阻抗磁頭等正展開激烈的競(jìng)爭(zhēng)。

交通控制交通事故和交通堵塞是城市中和城市間交通存在的一個(gè)大問題。目前，國(guó)內(nèi)外都在加強(qiáng)行車支持道路系統(tǒng)、智能運(yùn)輸系統(tǒng)和道路交通信息系統(tǒng)等的開發(fā)與建設(shè)。在這些新系統(tǒng)中，高靈敏度、高速響應(yīng)微型磁傳感器大有用武之地。例如，用分辨率可達(dá)1nT的GMI和SI傳感器，可構(gòu)成ITS感器、汽車通過記錄儀、停車場(chǎng)成批車輛傳感器、加速度傳感器等。

汽車工業(yè)應(yīng)用：汽車中主要用于車速、傾角、角度、距離、接近、位置等參數(shù)檢測(cè)以及導(dǎo)航、定位等方面的應(yīng)用，比如車速測(cè)量、踏板位置、變速箱位置、電機(jī)旋轉(zhuǎn)、助力扭矩測(cè)量、曲軸位置、傾角測(cè)量、電子導(dǎo)航、防抱死檢測(cè)、泊車定位、安全氣囊與太陽能板中的缺陷檢測(cè)、座椅位置記憶、改善導(dǎo)航系統(tǒng)的航向分辨率。在節(jié)能降耗中，尤其是在制造商目前面臨減少點(diǎn)滴碳排放或其它污染物壓力的時(shí)候，這方面的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域是馬達(dá)，馬達(dá)正在從存在摩擦力的“一刻不?！钡幕喯到y(tǒng)向電子馬達(dá)轉(zhuǎn)變，后者可以按需控制。與此同時(shí)，電子馬達(dá)向效率更高和更加可靠的有刷ＤＣ馬達(dá)轉(zhuǎn)變，而磁性傳感器的應(yīng)用能夠讓馬達(dá)控制或換向更加精確。

醫(yī)療應(yīng)用：磁性傳感器在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用，盡管規(guī)模要小于工業(yè)領(lǐng)域，但卻能夠在各種場(chǎng)合以各種方式輔助病人護(hù)理和監(jiān)控：救護(hù)車，醫(yī)院和家庭護(hù)理等。無論是在手術(shù)過程中，重癥監(jiān)護(hù)室，還是在家庭護(hù)理方面，都提供了有效的方式以控制運(yùn)動(dòng)、氣流、探測(cè)血壓以及用藥等挽救生命或者提高生命質(zhì)量。它主要用于換向傳感器的醫(yī)療設(shè)備之中的電機(jī)控制，比如呼吸機(jī)、輸液、胰島素和腎臟透析機(jī)等方面的應(yīng)用。

消費(fèi)電子:隨著消費(fèi)電子在全球的風(fēng)靡，磁性傳感器在消費(fèi)電子中的應(yīng)用表現(xiàn)也十分強(qiáng)勁。例如手機(jī)、筆記本電腦、電子羅盤等中都有著非常廣泛的應(yīng)用。MEMS傳感器與磁傳感器在應(yīng)用中互相促進(jìn)，這對(duì)于推動(dòng)磁性傳感器在消費(fèi)電子市場(chǎng)的逐步增長(zhǎng)起著一定貢獻(xiàn)。雖然磁阻傳感器發(fā)展歷程已經(jīng)很漫長(zhǎng)，技術(shù)相對(duì)成熟，但僅作為電子羅盤的單獨(dú)應(yīng)用，在以前并不被人們很看好，而現(xiàn)在它與MEMS的結(jié)合，會(huì)在導(dǎo)航市場(chǎng)成為一個(gè)亮點(diǎn)。由于MEMS和磁阻傳感器在功能上可以互相補(bǔ)充，它們的結(jié)合使導(dǎo)航產(chǎn)品更加精準(zhǔn)。如果把陀螺儀、加速度和磁傳感器三種傳感器集成在一起，三者在功能上互相輔助，則構(gòu)成了功能更強(qiáng)大的慣性導(dǎo)航產(chǎn)品。

航天軍工:高靈敏度和低磁場(chǎng)的傳感器可以用在航空、航天及衛(wèi)星通信技術(shù)上。大家知道，在軍事工業(yè)中隨著吸波技術(shù)的發(fā)展，軍事物件可以通過覆蓋一層吸波材料而隱蔽，但是它們無論如何都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，因此通過ＧＭＲ磁場(chǎng)傳感器可以把隱蔽的物體找出來。ＧＭＲ磁場(chǎng)傳感器可以應(yīng)用在衛(wèi)星上，用來探測(cè)地球表面上的物體和底下的礦藏分布。電子羅盤在武器／導(dǎo)彈導(dǎo)航，航海和航空的高性能導(dǎo)航設(shè)備中功不可沒。

環(huán)保節(jié)能:環(huán)境保護(hù)的前提是對(duì)各個(gè)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)，這里需要使用多種大量的傳感器。采用強(qiáng)磁致伸縮非晶磁彈微型磁傳感器和感應(yīng)式磁傳感器，可以同時(shí)測(cè)量真空或密閉空間的溫度和氣壓，而且不用接插件，可以遙測(cè)和遠(yuǎn)距離訪問。

工業(yè)應(yīng)用:在其它工業(yè)應(yīng)用方面，磁性傳感器可用于電腦服務(wù)器等機(jī)器的不間斷電源、焊接系統(tǒng)。在大型變頻電機(jī)等電流較高的應(yīng)用中，開環(huán)與閉環(huán)霍爾傳感器在一個(gè)小型封裝中使用霍爾效應(yīng)IC；也可以提高集成度，在封裝中包含一個(gè)專用集成電路?；魻朓C同樣用于工業(yè)洗衣機(jī)變頻器控制應(yīng)用之中。除了電流傳感器，獨(dú)立霍爾效應(yīng)ＩＣ或磁阻傳感器開關(guān)也存在規(guī)模一定的市場(chǎng)，這些器件用于電機(jī)整流，以降低紋波和改善性能，或者用于位置測(cè)量等。

▎磁性傳感器的發(fā)展趨勢(shì)

磁性傳感器的發(fā)展方向：

• 高靈敏度

• 溫度穩(wěn)定性

• 抗干擾性

• 多功能化、集成化、智能化

• 高頻特性

• 低功耗

高靈敏度：被檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度越來越弱，這就需要磁性傳感器靈敏度得到極大地提高。應(yīng)用方面包括電流傳感器、角度傳感器、齒輪傳感器、太空環(huán)境測(cè)量。

溫度穩(wěn)定性：更多的應(yīng)用領(lǐng)域要求磁性傳感器的工作環(huán)境越來越嚴(yán)酷，這就要求磁性傳感器必須具有很好的溫度穩(wěn)定性，應(yīng)用領(lǐng)域主要是汽車電子行業(yè)。

抗干擾性 ：傳感器及儀器儀表在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行所受到的干擾多種多樣，例如：靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、漏電流感應(yīng)、射頻干擾等，這就要求磁性傳感器本身具有很好的抗干擾性。應(yīng)用領(lǐng)域主要是汽車電子、水表等等。

多功能化、集成化、智能化：多功能化不僅可以降低生產(chǎn)成本，減小體積，而且可以有效的提高傳感器的穩(wěn)定性、可靠性等性能指標(biāo)。傳感器與微處理機(jī)相結(jié)合，使之不僅具有檢測(cè)功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷、以及思維等人工智能，就稱之為傳感器的智能化。這類傳感器具有多功能、高性能、體積小、適宜大批量生產(chǎn)和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。要想做到多功能化、集成化、智能化，這就需要芯片級(jí)的集成，模塊級(jí)集成，產(chǎn)品級(jí)集成。已實(shí)現(xiàn)集成化的磁傳感器很多，如電子自旋共振電流傳感器等。

高頻特性：隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，要求磁性傳感器的工作頻率越來越高，應(yīng)用領(lǐng)域主要是水表、汽車電子行業(yè)、信息記錄行業(yè)。

低功耗 :很多領(lǐng)域要求磁性傳感器本身的功耗極低，得以延長(zhǎng)磁性傳感器的使用壽命。應(yīng)用領(lǐng)域主要是植入身體內(nèi)磁性生物芯片，指南針等。

▎新型磁性傳感器的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

新型磁性傳感器大致方向包括：采用新原理、填補(bǔ)空白、仿生、集成化、多功能化、智能化等。

采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS大規(guī)模制造工藝制備磁數(shù)?；旌闲盘?hào)處理電路，從而有效降低生產(chǎn)成本。

優(yōu)化芯片設(shè)計(jì)，有效降低芯片功耗和芯片尺寸，使ＭＥＭＳ磁性傳感器的降低工作電流２０％，使其適用于各類低功耗要求的手持式設(shè)備。

開發(fā)設(shè)計(jì)與MEMS磁性傳感器相匹配的嵌入軟件，采用軟件自動(dòng)校準(zhǔn)傳感器，同時(shí)可以動(dòng)態(tài)地補(bǔ)償磁干擾引起的誤差，能夠更有效為用戶提供精確與便捷的應(yīng)用解決方案。

開發(fā)出磁性傳感器的新型校準(zhǔn)算法，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)傳感器，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償磁干擾引起的誤差。

▎磁性傳感器的發(fā)展前景

磁性傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。如果沒有傳感器對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行精確可靠測(cè)量，無論是信號(hào)轉(zhuǎn)換、信息處理及數(shù)據(jù)的顯示與控制，都將無從談起。沒有精確可靠的傳感器，就沒有自動(dòng)檢測(cè)和控制系統(tǒng)。由此可見，磁性傳感器起著巨大的作用。

在新興產(chǎn)業(yè)復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)中，要求磁性傳感器體積小、重量輕、功能強(qiáng)、接口方便等，給磁性傳感器提出了許多極高的要求。要完全達(dá)到這些要求，磁傳感器的微型化、集成化、系統(tǒng)化和智能化就不可避免。正在實(shí)現(xiàn)集成化的磁傳感器很多，如感應(yīng)微位移傳感器、磁通門磁強(qiáng)計(jì)、核磁共振磁強(qiáng)計(jì)。同霍爾集成電路以及ＡＭＲ集成電路不同的是這些磁傳感器要集成一個(gè)個(gè)微系統(tǒng)，其中有線圈、磁芯、磁共振樣品等。還有接口和訊號(hào)處理電路。人們調(diào)動(dòng)了各種技術(shù)手段，包括半導(dǎo)體單片集成技術(shù)、混合集成技術(shù)、表面貼裝、微機(jī)械加工、電子電路、薄膜的生成和處理等，制成了一個(gè)個(gè)性能優(yōu)異的微磁傳感器系統(tǒng)。