磁場傳感器分類介紹

薄膜磁致電阻傳感器

鐵磁性物質(zhì)在磁化過程中，它的電阻值沿磁化方向?qū)⒃黾?，并達(dá)到飽和的現(xiàn)象稱 為磁阻效應(yīng)。薄膜磁阻元件是利用薄膜工藝和微細(xì)加工技術(shù)，將NiPe。NiCo合金用真空蒸鎮(zhèn)或溯射工藝沉積到硅片或鐵氧體基片上，通過微細(xì)加工技術(shù)制成 一定形狀的磁咀圖形，形成三端式、四端式以及多端式器件。BMber結(jié)構(gòu)橋式電路磁阻元件具有靈敏度高、工作頻率特性好、溫度穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡單、體積小 等特點(diǎn)?？芍瞥筛呙芏却啪状蓬^、磁性編碼器、磁阻位移傳感器、磁阻電流傳感器等。

磁阻敏感器

物質(zhì)在磁場中電阻發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)。對于鐵、鉆、鎳及其合金等強(qiáng)磁性金屬，當(dāng)外加磁場平行于磁體內(nèi)部磁化方向時(shí)，電阻幾乎不隨外加磁場變化；當(dāng)外加磁場偏離金屬的內(nèi)磁化方向時(shí)，此類金屬的電阻值將減小，這就是強(qiáng)磁金屬的各向異性磁阻效應(yīng)。

電渦流式傳感器

近年來，國內(nèi)外正發(fā)展—對建立在電渦流效應(yīng)原理上的傳感器，即電渦流式傳感 器。這種傳感器不但具有測量線性范圍大、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)的影響等優(yōu)點(diǎn)，而且又具有無損、非接觸測量的特點(diǎn)，目前正廣泛 地應(yīng)用于工業(yè)各部門中的位移、尺寸、厚度、振動、轉(zhuǎn)速h壓力、電導(dǎo)率、溫度、波面等測量，以及探測全屬材料和加工件表面裂紋及缺陷。

磁性液體加速度傳感器

磁性液體作為一種新型的納米功能材料，一經(jīng)問世便走到科學(xué)技術(shù)發(fā)展的前沿，目前科學(xué)家們已經(jīng)將這種新型功能材料應(yīng)用到廣闊的領(lǐng)域中。以此為基礎(chǔ)的磁性液體傳感器技術(shù)也引起了國際技術(shù)領(lǐng)域廣泛的關(guān)注。

磁性液體水平傳感器

磁性液體傳感器的研究與應(yīng)用起源于美國。早在1983年美國新墨西哥州阿爾 帕克基應(yīng)用技術(shù)公司就與美國空軍簽訂了合同，美國新墨西哥州阿爾帕克基應(yīng)用技術(shù)公司便開始研制基于磁性液體動力學(xué)原理（MHD）的主動式和被動式傳感器。 磁性液體傳感器應(yīng)用領(lǐng)域很廣，既可以應(yīng)用到民用上，也可以應(yīng)用到軍工上，有其它傳感器所代替不了的功能，正因如此，國外比較早的意識到開發(fā)磁性液體傳感器 的意義，并且已開始了研究和生產(chǎn)，并將該種傳感器應(yīng)用到航空、航天、宇航站等尖端軍事領(lǐng)域。美國、法國、德國、俄羅斯、日本和羅馬尼亞等國家已開始利用磁 性液體來制作各種傳感器。磁性液體水平傳感器對控制機(jī)器人工作狀態(tài)，使太陽能柵板保持朝向太陽，使拋物天線持續(xù)朝向通訊系統(tǒng)中的人造衛(wèi)星等方面有著重要的 應(yīng)用。目前國外已研制出單軸、雙軸、三軸等類型的磁性液體水平傳感器，而我國有關(guān)磁性液體傳感器的研究尚處于實(shí)驗(yàn)和探索階段。

磁場傳感器利用人工設(shè)置的永久磁體產(chǎn)生的磁場， 可作為許多種信息的載體。因此，探測、采集、存儲、轉(zhuǎn)換、復(fù)現(xiàn)和監(jiān)控各種磁場和磁場中承載的各種信息的任務(wù)，自然就落在磁場傳感器身上。在當(dāng)今的信息社會中，磁場傳感器已成為信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)中不可缺少的基礎(chǔ)元件。目前，人們已研制出利用各種物理、化學(xué)和生物效應(yīng)的磁場傳感器，并已在科研、生產(chǎn)和社會生活的各個(gè)方面得到廣泛應(yīng)用，承擔(dān)起探究種種信息的任務(wù)。

早先的磁場傳感器，是伴隨測磁儀器的進(jìn)步而逐步發(fā)展的。在眾多的測磁方法中，大都將磁場信息變成電訊號進(jìn)行測量。在測磁儀器中“探頭”或“取樣裝置”就是磁場傳感器。隨著信息產(chǎn)業(yè)、工業(yè)自動化、交通運(yùn)輸、電力電子技術(shù)、辦公自動化、家用電器、醫(yī)療儀器等等的飛速發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，需用大量的傳感器將需進(jìn)行測量和控制的非電參量，轉(zhuǎn)換成可與計(jì)算機(jī)兼容的訊號，作為它們的輸入訊號，這就給磁場傳感器的快速發(fā)展提供了機(jī)會，形成了相當(dāng)可觀的磁場傳感器產(chǎn)業(yè)。

一個(gè)產(chǎn)品要被大量而長久的使用，必須有優(yōu)良的性能/價(jià)格比。產(chǎn)品的性能穩(wěn)定和成本下降，只有實(shí)現(xiàn)廠規(guī)?；纳a(chǎn)才能達(dá)到。要大量被采用，需要大量生產(chǎn)去保證供應(yīng)，大量生產(chǎn)又可保證質(zhì)量的穩(wěn)定和成本下降，增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭力，二者是相輔相成的。

綜合起來，可以看出，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)，首先必須有產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用市場，同 時(shí)，傳感器生產(chǎn)者應(yīng)具有可滿足市場需求的產(chǎn)品，而且，產(chǎn)品的性能/價(jià)格比必須能和相同的或具有同樣功能參數(shù)的產(chǎn)品競爭。在分析國外磁場傳感器的產(chǎn)業(yè)狀況的 發(fā)現(xiàn)，國外生產(chǎn)磁場傳感器的一些著名的企業(yè)，大都是知名大企業(yè)中的—‘個(gè)組成部份或和大的生產(chǎn)終端產(chǎn)品的企業(yè)有著緊密聯(lián)系的企業(yè)。例如IBM、東芝、索 尼、松下、Siemens Akt、Honeywell、Akkegro等等.在這些企業(yè)中,起碼有兩點(diǎn)明顯的優(yōu)勢：一是研制—生產(chǎn)—使用的緊密結(jié)合；另一個(gè)就是一旦要迅速擴(kuò)大生產(chǎn) 時(shí)、可調(diào)動巨大的經(jīng)濟(jì)實(shí)力給予支持，使產(chǎn)品能占領(lǐng)市場。

從這些情況中可以看到，這些傳感器生產(chǎn)廠是面向廣闊的產(chǎn)業(yè)性應(yīng)用市場，背靠實(shí)力強(qiáng)大的企業(yè)集團(tuán)，可用它們的傳感器產(chǎn)品去實(shí)現(xiàn)，豐富甚至形成終端產(chǎn)品的特色，而又從終端產(chǎn)品那里獲得廣闊的市場.

我國的傳感器生產(chǎn)大都在中、小企業(yè)中進(jìn)行，比較分散、且技術(shù)經(jīng)濟(jì)實(shí)力較弱。差不多是有了傳感器產(chǎn)品之后再來尋找市場，一旦有廠大量的需求時(shí)，又無力迅速擴(kuò)產(chǎn)，失去占領(lǐng)市場的良機(jī).

在目前條件下，有遠(yuǎn)見、有實(shí)力的終端產(chǎn)品集團(tuán)，可以從自身的利益出發(fā)，考慮去聯(lián)合、重組、兼并、購買一些小企業(yè)，利用它們現(xiàn)有的力量并加以充實(shí)、和自己的產(chǎn)品一道去占領(lǐng)這些有吸引力的市場。

gmr磁場傳感器和光電等傳感器相比，具有功耗小、可靠性高、體積小、能工作于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。這些都是現(xiàn)有傳統(tǒng)傳感器所不能相比的。另一方面，在制造成本上，gmr磁場傳感器并不高于其它普通傳感器，甚至大大低于某些傳感器。

1、gmr磁場傳感器可用來導(dǎo)航及用于高速公路的車輛監(jiān)控系統(tǒng) 　地球是一個(gè)大磁鐵，地球表面的磁場大約為0.5oe，地磁場平行地球表面并始終指向北方。利用gmr薄膜可做成用來探測地磁場的高級羅盤。當(dāng)可以同時(shí)探測平面內(nèi)磁場x和y方向分量的gmr磁場傳感器固定在交通工具上，瞬間航向與地球北極的夾角可通過gmr傳感器的x和y方向的電壓相對改變而確定下來。這種傳感器的具體工作原理。gmr磁場傳感器隨輪船的方向改變而改變其和地磁場的夾角，相對來說，也可以等效為地磁場的方向在改變。我們已研制出能夠探測磁場x和y方向分量的集成gmr傳感器。此傳感器可作為羅盤并應(yīng)用在各種交通工具上作為導(dǎo)航裝置。美國的nve公司已經(jīng)把gmr傳感器用在車輛的交通控制系統(tǒng)。我們知道，各種不同的車輛（物體）在外界都有其自身特征的磁場分布。通過用gmr弱場傳感器可探測各種車輛的磁場分布進(jìn)而確定該車輛的型號。利用gmr傳感器不僅可探測靜止車輛的狀況進(jìn)而用在交通燈處的交通控制和停車場處停車位置的監(jiān)控，而且也可探測移動車輛的情況。具體來說，放置在高速公路邊的gmr傳感器可以計(jì)算和區(qū)別通過傳感器的車輛。如果同時(shí)分開放置兩個(gè)gmr傳感器，還可以探測出通過車輛的速度和車輛的長度，當(dāng)然gmr也可用在公路的收費(fèi)亭，從而實(shí)現(xiàn)收費(fèi)的自動控制。另外高靈敏度和低磁場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產(chǎn)生磁場，因此通過gmr磁場傳感器可以把隱蔽的物體找出來。當(dāng)然，gmr磁場傳感器可以應(yīng)用在衛(wèi)星上，用來探測地球表面上的物體和底下的礦藏分布。 　磁場傳感器的導(dǎo)航原理

2、gmr磁場傳感器可來探測dc、ac電流及用作隔離器和電子線路中的反饋系統(tǒng)（開關(guān)電源） 　眾所周知，通電導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生磁場，其磁場的強(qiáng)弱與通電電流的大小成正比。若將gmr磁場傳感器及環(huán)形軟磁集磁通器放置在通電導(dǎo)線附近，則由gmr傳感器的輸出電壓可以測量導(dǎo)線中通過的電流。我們已利用反鐵磁耦合的feni/feco/cu的多層膜和集成的永磁薄膜作為偏場，并研制出線性測量范圍正負(fù)200oe的惠斯通電橋傳感器。利用這種傳感器可探測電流高達(dá)10,000安培的直流和交流。有三種辦法可用來探測電流：電阻短路的辦法，其缺點(diǎn)在于引入一電壓降和這種方法不能提供上下級的隔離。電流轉(zhuǎn)換器則基于安培定理，但是其僅僅用來探測直流。gmr磁場傳感器不僅可用來探測直流和交流而且還可保證上下級隔離。隨著半導(dǎo)體集成技術(shù)的發(fā)展，已把gmr薄膜傳感器和集成線路板結(jié)合在一起，從而實(shí)現(xiàn)了小型化、集成化，提高了靈敏度和降低了成本。另外電流探測原理，已經(jīng)用作隔離器、開關(guān)電源和無刷直流電機(jī)系統(tǒng)。隔離器主要是把高電壓及高電流情況下的初級信號通過電壓/頻率轉(zhuǎn)換并傳給下一級，在下一級再通過頻率/電壓轉(zhuǎn)換成為電壓或電流信號，因此上下級而不相互干擾。這種探測電流大小的隔離器已被葡萄牙的一家公司所采用。至于開關(guān)電源，我們利用兩次沉積自旋閥多層膜的辦法，已研制出可探測微安級的交直流及探測磁場范圍在正負(fù)20oe的gmr磁場傳感器。并且與西班牙的一所大學(xué)合作，成功地把這種傳感器用在開關(guān)電源線路中作為反饋系統(tǒng)，可改善其頻率輸出特性高達(dá)1mhz。至于在無刷直流電機(jī)的應(yīng)用：大家知道，有刷直流電機(jī)是用接觸碳刷或金屬片做整流子供電，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。這種接觸式整流子因摩擦給電機(jī)帶來非常不好的影響，比如使用壽命短、噪音大、有火花、產(chǎn)生干擾電磁波等。如果用gmr傳感器代替電機(jī)的摩擦整流子，那么就可以避免因電刷摩擦而帶來的影響，而且還可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)及其調(diào)速和穩(wěn)速的目的。因此，它的穩(wěn)定性和可靠性都非常高。另外，這種無刷電機(jī)轉(zhuǎn)矩-重量比較大，速度轉(zhuǎn)矩特性的線性度比較好。給出了測量電流的原理圖。

3、gmr傳感器可用來測量微小的位移及其相關(guān)的應(yīng)用 　磁場傳感器來探測被測物體的位移的原理是通過利用一永磁鐵作為參照物，參照物相對于磁傳感器的運(yùn)動可等效為磁敏器件在均勻梯度的磁場中的移動，因此磁場傳感器的輸出則反映著磁場傳感器或永磁鐵的位移量。給出一圓柱磁鋼及其周圍的磁場分布。我們已研制出一種能同時(shí)探測x—y方向位移的磁場傳感器。由于采用集成技術(shù)，可使該磁場傳感器小型化，同時(shí)提高了精度。這種傳感器已成功運(yùn)用在機(jī)器人及機(jī)械手的控制系統(tǒng)，并使其智能化和拿取、放置物體。另外也使機(jī)器人具有識別物體的功能。這種位移傳感器也可用在電梯及相應(yīng)的升降系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)。此外，可以用gmr位移傳感器改造某些傳統(tǒng)的工業(yè)儀表，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。例如，浮子流量計(jì)是一種得到廣泛應(yīng)用的非電量儀表，如果改用磁性浮子和外配一個(gè)gmr磁位移傳感器，就能制成一個(gè)有電壓輸出的數(shù)字型位移傳感器。在汽車發(fā)動機(jī)中，為了實(shí)現(xiàn)電子點(diǎn)火，往往需要精密堅(jiān)固的位移傳感器來測量發(fā)動機(jī)主軸的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)角，決定點(diǎn)火時(shí)間。以前多用霍爾元件，完全可以用gmr替代，從而提高工作溫度范圍和降低磁場觸發(fā)磁場的強(qiáng)度。gmr位移傳感器也可用在精密機(jī)床上來提高機(jī)械加工的精度。活塞在氣缸中的運(yùn)動情況也可以通過gmr位移傳感器給探測出來。

4、gmr角度位移及角速度傳感器和相關(guān)應(yīng)用 　為了測量一物體的轉(zhuǎn)動角度的大小，往往可以通過探測磁鋼因轉(zhuǎn)動而造成其磁場的方向相對于固定的gmr磁場傳感器的改變，我們研制出的可探測平面內(nèi)磁場方向和大小的gmr磁場傳感器可以探測相對其轉(zhuǎn)動的磁鋼的轉(zhuǎn)動角度。當(dāng)一塊磁鐵固定在轉(zhuǎn)動輪子的邊沿而gmr磁場傳感器固定在輪子的旁邊并保持一定的距離時(shí)，參考磁鐵隨輪子而轉(zhuǎn)動，每當(dāng)輪子轉(zhuǎn)動一圈，就會使產(chǎn)生一電壓脈沖輸出。角速度傳感器的原理圖。我們利用集成技術(shù)已研制出專用來測量角速度即轉(zhuǎn)速的數(shù)字式自旋閥gmr磁傳感器。該磁敏傳感器可探測各種情況下的角速度。該類gmr磁場傳感器可用在各種遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，在這里包括了煤氣、水、電表的數(shù)字式的處理。隨著自動化水平的提高，對于數(shù)字式的各種儀表的需求量越來越大。我們已與遼寧萬恒科技有限公司建立了聯(lián)系。該公司需要大量數(shù)字式gmr磁傳感器應(yīng)用在遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。在汽車（摩托）工業(yè)中，gmr磁場傳感器可用在剎車系統(tǒng)（abs），通過探測角速度進(jìn)而起到制動作用。不久我國將加入世貿(mào)組織（wto），因此汽車（摩托車）的防爆剎車系統(tǒng)的研制和利用的確是勢在必行。至于電機(jī)馬達(dá)行業(yè)，為了得到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的測量和控制需要用gmr傳感器來測量角速度并通過反饋系統(tǒng)可得到穩(wěn)定的角速度輸出。同時(shí)，gmr角速度傳感器也可用在洗衣機(jī)行業(yè)。隨著機(jī)算機(jī)的存儲密度的提高，對伺服系統(tǒng)的要求也在提高，對于磁盤轉(zhuǎn)速的控制的精度也在提高，因此磁場角速度傳感器將會應(yīng)用在該領(lǐng)域。另外，利用gmr薄膜材料可研制出各種用途的磁性編碼器。磁性編碼器的優(yōu)點(diǎn)在于不易受塵埃、結(jié)露、影響、對潮濕氣體和污染不敏感，同時(shí)其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可高速運(yùn)轉(zhuǎn)，而且其響應(yīng)速度快（納秒級），體積比光學(xué)式編碼器小，而成本更低，且易將多個(gè)元件精確地集成，比用光學(xué)元件和半導(dǎo)體霍爾磁敏元件更容易構(gòu)成新功能器件和多功能器件。由于磁性編碼器具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，因而近年來在高精度測量控制領(lǐng)域中的應(yīng)用不斷增加，其市場需求量每年以20-30%的速度增長。在高速度、高精度、小型化、集成化及長壽命的要求下，在激烈的市場競爭中，磁性編碼器以其突出特點(diǎn)而獨(dú)具優(yōu)勢，成為發(fā)展高技術(shù)的關(guān)鍵。

5、gmr醫(yī)用及生物磁場傳感器 　人體之中存在著各種形式的機(jī)械運(yùn)動，它們是機(jī)體完成必要的生理功能的前提和保證，因此檢測這些生物機(jī)械運(yùn)動，無論對基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)還是對臨床醫(yī)學(xué)來講，都具有十分重要的意義。以前，由于必須利用體積大和功率高、價(jià)格貴的超導(dǎo)量子磁強(qiáng)計(jì)而局限在方面醫(yī)學(xué)的發(fā)展。高靈敏度及集成化的gmr磁敏傳感器的出現(xiàn)為這些機(jī)械運(yùn)動和病變部位的非接觸式的探測提供了方便，并推動其發(fā)展。下面介紹幾種特殊在此方面的應(yīng)用。磁性生物傳感器的原理：首先各種各樣的細(xì)胞、蛋白質(zhì)、抗體、病原體、病毒、dna可以用納米級的磁性小顆粒來標(biāo)記，也就是首先是這些被探測的對象磁性化，進(jìn)而在用高靈敏度的gmr磁場傳感器來探測它們的具體位置。這種也可用于醫(yī)學(xué)及臨床分析、dna分析、環(huán)境污染監(jiān)測等領(lǐng)域。高靈敏度的gmr傳感器也可用在用來腦電圖、心機(jī)圖等的高精度的儀器設(shè)備上，來診斷類似于腦腫瘤病變的問題。利用gmr磁場傳感器可以檢測眼球運(yùn)動、眼瞼運(yùn)動的方法，這有助于定量評價(jià)和研究困倦、視力疲勞現(xiàn)象，和診斷某些眼科疾病。

6、gmr磁敏傳感器在磁性介質(zhì)的探測和在磁性油墨鑒偽點(diǎn)鈔機(jī)中的應(yīng)用 　磁場傳感器可以探測不同的磁性介質(zhì)。在這種應(yīng)用中，磁性介質(zhì)攜帶著要被探測的信息。磁性介質(zhì)是有非磁性的基體和磁性材料組成，磁性材料放置在基體內(nèi)或基體的表面。當(dāng)攜帶著信息的磁性介質(zhì)掃過gmr磁場傳感器時(shí)，則特有的信息被探測出來。傳感器的輸出依賴于磁性介質(zhì)的性能、工作縫隙的距離和傳感器的靈敏度。主要用在磁性墨跡的識別、磁性編碼的讀出、細(xì)小磁性微粒的探測、介質(zhì)磁性簽字的鑒別。

7、gmr磁敏加速度傳感器 　加速度傳感器是通過測量被加速運(yùn)動物體的慣性力來確定加速度的測量裝置。根據(jù)牛頓定律，被加速物體有一種慣性力，其大小等于它的質(zhì)量和加速度的乘積，而其方向與加速度方向相反。由于這種慣性力的存在，使被加速系統(tǒng)中懸掛的彈性片發(fā)生彎曲，其彎曲量可由gmr磁敏器件進(jìn)行測量，從而得到系統(tǒng)的加速度。

gmr磁場傳感器由于其靈敏度高、熱穩(wěn)定性好、探測磁場范圍寬而完全可取代霍爾及磁阻（amr）元件，進(jìn)而廣泛應(yīng)用在信息、電機(jī)、電子電力、能源管理、汽車、磁信息讀寫及工業(yè)自動控制等領(lǐng)域。 　磁場傳感器通過探測交直流磁場，交直流電流，位移及角速度等物理量而運(yùn)用于信息、自動化控制及電力電子等行業(yè)。信息產(chǎn)業(yè)部“十五”規(guī)劃和二00五年遠(yuǎn)景目標(biāo)明確指出：“加入世貿(mào)（wto）后，對于我國基本上還是‘外殼產(chǎn)業(yè)’的信息產(chǎn)品制造業(yè)來說，將面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)和挑戰(zhàn)”。如何擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，掌握核心技術(shù)是每個(gè)企業(yè)急需解決的問題。