磁性傳感器的分類及行業應用領域介紹

磁性材料在感受到外界的熱、光、壓力、放射線等之后，其磁特性會改變。利用這種物質可以做成各種可靠性好，靈敏度高的傳感器，這類傳感器是利用磁性材料作為其敏感元件，故稱磁性傳感器。在如今社會中磁性傳感器已然成為信息技術和信息產業中不可或缺的基石元件。目前，人們已研制出利用各種物理、化學和生物效應的磁性傳感器，并在科研、生產和社會生活的各個方面得到了廣泛的運用。今天將主要介紹霍爾元件、各向異性磁阻AMR元件、巨磁電阻GMR元件及隧道磁電阻TMR元件這4種磁性傳感器，并簡要概述在行業領域中的應用。

霍爾傳感器

霍爾傳感器，顧名思義，是依據霍爾效應來制作的。霍爾效應是研究半導體材料性能的基本方法，通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數，能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數。

霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開關型霍爾傳感器。

1.線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，輸出模擬量。

2.開關型霍爾傳感器由穩壓器、霍爾元件、差分放大器、斯密特觸發器和輸出級組成，輸出數字量。

根據霍爾效應用半導體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對磁場敏感、結構簡單、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優點。因此，在測量、自動化、計算機和信息技術等領域得到廣泛的應用。

各向異性磁阻AMR

磁阻傳感器，同理，是利用磁阻效應制成的。1857年，Thomson發現了各向異性磁阻效應。

各向異性磁阻效應(即AMR)是指，當外部磁場與磁體內建磁場方向成零度角時,電阻不隨外加磁場變化而改變；但當外部磁場與磁體的內建磁場有角度的時候,磁體內部磁化矢量偏移，薄膜電阻降低的一種現象。

AMR在感測地磁場范圍內的弱磁場測量方面見長，常被制成轉速傳感器、接近開關、隔離開關。以及導航系統中的羅盤，計算機的磁盤驅動器，各種磁卡機、旋轉位置傳感、鉆井定向等。

巨磁電阻GMR

巨磁阻效應，是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時比在無外磁場作用時存在巨大變化的現象。巨磁阻產生于層狀的磁性薄膜結構，這種結構由鐵磁材料和非鐵磁材料薄層交替疊合而成。當鐵磁層的磁矩相互平行時，載流子與自旋有關的散射最小，材料的電阻也最小。當鐵磁層的磁矩為反平行時，與自旋有關的散射最強，此時材料的電阻最大。

基于巨磁阻效應研發出了極度靈敏的磁頭，可以清晰讀出較弱的磁信號并轉換成清晰的電流變化，而這種磁頭的出現引發了硬盤的\"大容量、小型化\"革命。同時巨磁電阻還可用于MRAM、角度或位置傳感器、電流傳感器、生物檢測以及軍事領域等方面。

隧道磁電阻TMR

TMR元件是近年來開始工業應用的新型磁電阻效應傳感器，其利用的是磁性多層膜材料的隧道磁電阻效應對磁場進行感應，比AMR元件和GMR元件具有更大的電阻變化率。

目前，AMR傳感器早已大規模應用，GMR傳感器正快速發展。TMR傳感技術最開始是應用于硬盤驅動器讀出磁頭，大幅提高了硬盤驅動器的記錄密度。TMR集AMR的高靈敏度和GMR的寬動態范圍于一體，因而在各類磁傳感器技術中，TMR磁性傳感器具有無可比擬的技術優勢。因此，TMR傳感器可廣泛應用于工業控制、金融器具、生物醫療、消費電子、汽車領域等方面。

磁性傳感器的應用——汽車工業

磁性傳感器在汽車中的應用主要是車速、傾角、角度、距離、接近、位置等參數檢測，以及導航、定位等方面的應用。在節能降耗中，尤其是目前減少點滴碳排放或其它污染物的情況下，馬達會成為重中之重，馬達將從存在摩擦力的“一刻不停”的滑輪系統向電子馬達轉變，后者可以按需控制。并且，電子馬達會向效率更高和更加可靠的有刷DC馬達轉變，磁性傳感器的作用就體現在讓馬達控制或換向更加精確。

磁性傳感器的應用——工業應用

在其它工業應用方面，磁性傳感器可用于電腦服務器等機器的不間斷電源、焊接系統。在大型變頻電機等電流較高的應用中，開環與閉環霍爾傳感器可以在一個小型封裝中使用霍爾效應IC，也可以在封裝中包含一個專用集成電路來提高集成度。霍爾IC也適用于工業變頻器控制的應用之中。除了電流傳感器，獨立霍爾效應IC或磁阻傳感器開關也存在電機整流來降低紋波和改善性能，或用于位置測量等應用。

磁性傳感器的應用——醫療應用

磁性傳感器在醫療領域中的應用，盡管規模要小于工業領域，但卻能夠在很多場合輔助病人護理和監控：救護車，醫院和家庭護理等。無論是在手術過程中，重癥監護室，還是在普通的家庭護理方面，都可以提供有效的方式以控制運動、氣流、探測血壓等挽救生命或提高生命質量。不過，磁性傳感器還是主要用于換向傳感器的醫療設備之中的電機控制，類似呼吸機、輸液、胰島素和腎臟透析機等方面。

磁性傳感器的應用——消費電子

磁性傳感器在消費電子中的應用也十分廣泛。例如手機、筆記本電腦、電子羅盤等方面。MEMS傳感器和磁性傳感器在電子羅盤中的應用互相促進，可以使導航產品更加精準，而這會在導航市場成為一個亮點。如果把陀螺儀、加速度和磁性傳感器三種傳感器集成在一起，三者在功能上互相輔助，則構成了功能更強大的慣性導航產品。

磁性傳感器的應用——航天軍工

高靈敏度和低磁場的傳感器是航空、航天及衛星通信技術上非常重要的材料。隨著軍事工業中吸波技術的發展，軍事物件可通過覆蓋一層吸波材料而瞞天過海，但無論如何這些物件都會產生磁場，因此通過GMR磁場傳感器就可以把這些隱蔽的物體找出來。GMR磁場傳感器還可以應用在衛星上，用來探測地球表面上的物體和底下的礦藏分布。而電子羅盤主要用于武器/導彈導航，航海和航空的高性能導航設備中功不可沒。

醫療 硬件開發

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