磁敏傳感器

顧名思義就是感知磁性物體的存在或者磁性強度(在有效範圍內)這些磁性材料除永磁體外，還包括順磁材料(鐵、鈷、 鎳及其它們的合金)當然也可包括感知通電(直、交)線包或導線周圍的磁場。

一， 傳統的磁檢測中首先被採用的是電感線圈為敏感元件。特點正是無須在線圈中通電，一般僅對運動中的永磁體或電流載體起敏感作用。後來發展為用線圈組成振盪槽路的。 如探雷器， 金屬異物探測器，測磁通的磁通計等，(磁通門，振動樣品磁強計)。

二， 霍爾傳感器

依據霍爾效應制成的器件。

霍爾效應：通電的載體在受到垂直於載體平面的外磁場作用時，則載流子受到洛倫茲力的作用， 並有向兩邊聚集的傾向，由於自由電子的聚集(一邊多一邊必然少)從而形成電勢差， 在經過特殊工藝製備的半導體材料這種效應更為顯著。從而形成了霍爾元件。早期的霍爾效應的材料Insb(銻化銦)。為增強對磁場的敏感度，在材料方面半導 體IIIV 元素族都有所應用。近年來，除Insb之外，有硅襯底的，也有砷化鎵的。霍爾器件由於其工作機理的原因都製成全橋路器件，其內阻大約都在 150Ω~500Ω之間。對線性傳感器工作電流大約在2~10mA左右，一般採用恆流供電法。

Insb與硅襯底霍爾器件典型工作電流為10mA。而砷化鎵典型工作電流為2 mA。作為低弱磁場測量，我們希望傳感器自身所需的工作電流越低越好。因為電源周圍即有磁場，就不同程度引進誤差。另外，傳感器對温度很敏感，通 的電流大了，有一個自身加熱問題。（温升）就造成傳感器的零漂。這些方面除外附補償電路外，在材料方面也在不斷的進行改進。

霍爾傳感器主要有兩大類，一類為開關型器件，一類為線性霍爾器件，從結構形式（品種）及用量、產量前者大於後者。霍爾器件的響應速度大約在1us 量級。

三，磁阻傳感器

磁阻傳感器，磁敏二極管等是繼霍爾傳感器後派生出的另一種磁敏傳感器。採用的半導體材料於霍爾大體 相同。但這種傳感器對磁場的作用機理不同，傳感器內載流子運動方向與被檢磁場在一平面內。順便提醒一點，霍爾效應於磁阻效應是並存的。在製造霍爾器件時 應努力減少磁阻效應的影響，而製造磁阻器件時努力避免霍爾效應（在計算公式中，互為非線性項）。在磁阻器件應用中，温度漂移的控制也是主要矛盾，在器件制 備方面，磁阻器件由於與霍爾不同，因此，早期的產品為單隻磁敏電阻。由於温度漂移大，現在多製成單臂（兩隻磁敏電阻串聯）主要是為補償温度漂移。也有 全橋產品，但用法（目的）與霍爾器件略有差異。據報導磁阻器件的響應速度同霍爾1uS量級。

磁阻傳感器由於工作機理不同於霍爾，因而供電也不同，而是採用恆壓源（但也需要一定的電流）供電。當後續電路不同對供電電源的穩定性及內部噪聲要求高低有所不同。

四， 磁敏器件應用的問題

磁敏器件（單元）體積問題：

在磁敏元件作為檢測磁場而設計和製造的 ，一般檢測的概念是：測量磁場中某一點的磁性。作為點的定義在幾何學中是無限小的。在磁場檢測中，由於磁場的面積、體積、縫隙大小等都是有限面積（尺寸），因此我們希望磁敏元件之面積與被測磁場面積相比也應該是越小越準確。在磁場成像的技術中，元件體積越小，在相同的面積內採集的像素就愈多。分辨率、 清晰度越高。在表面磁場測量與多級磁體的檢測中，在磁柵尺中，必然有如此要求。從磁敏元件工作機理看，為提高靈敏度在幾何形狀處於磁場中的幾何尺寸都有相 應要求，這與“點”的要求是相矛盾的。在與國外專家技術交流中得知，1999年俄羅斯專家説他們製成了體積0.6mm得探頭（是幾個研究所合作搞成的）。美國也有相應的產品，售價約70美元一隻。是否是最高水平，未見其它報導。

1、集成電路技術的應用，將硅集成電路技術應用於磁敏傳感器， 製成集成磁敏傳感器。

2、InSb 薄膜技術的開發成功，使得霍爾器件產能劇增，成本大幅度下降。

3、強磁體合金薄膜得到廣泛應用，各種磁阻器件出現，應用領域廣泛。

4、巨磁電阻多層薄膜的研究與開發，新器件的高靈敏度，高穩定性，引起研製高密度 記錄磁盤讀出頭的科技人員的極大關注。

5、非晶合金材料的應用，與基礎器件配套應用，大大改善了磁傳感器性能。

6、Ⅲ—V 族半導體異質結構材料的開發和應用，通過外延技術，形成異質結構，提高 磁敏器件的性能。 ^[1] 

1、國外磁傳感器的常見種類 就市場佔有情況來看，國外磁敏傳感器主要品種依然是霍爾元件，磁阻元件，近期的 巨磁阻元件也有良好的發展空間。

2、國外磁傳感器的應用情況 磁敏傳感器應用的最大特點是無接觸測量。

霍爾元件: 磁場測量，做高斯計(特斯拉計)的檢測探頭，電流檢測，做電流傳感器/變送器的一次元件，直流無刷電機，用於檢測轉子位置並提供激勵信號，集成開關型霍爾器件的轉速/轉數測量。

強磁體薄膜磁阻器件: 位移傳感器，主要有磁尺的線性長距離位移測量，角位移傳感器，主要用語轉動角度測量，廣泛應用於汽車製造業。

脈衝發訊傳感器，主要用於流量檢測和轉速/轉數測量，如電子水錶和流量計的發訊傳 感器。

半導體磁阻器件: 主要是 InSb 磁阻器件 微弱磁場檢測，主要用於偽鈔識別 脈衝測量，主要用於轉速/轉數測量

1、國內磁傳感器的常見種類及其特點 國內磁敏傳感器經過三十餘年的發展，就基礎器件的研究與開發情況，除巨磁阻 期間存有差距以外， 常用其他磁敏傳感器如霍爾元件， 磁阻元件等已經與國外同類產品的水平相當市場上應用的國產磁敏傳感器件的種類也與國外產品相當，依然是霍爾元件，磁阻 元件。

2、國內磁傳感器件代表廠商 霍爾元件:中科院半導體所，瀋陽儀表科學研究院，南京中旭微電子公司，磁阻器件:瀋陽儀表科學研究院(匯博思賓尼斯公司)

3、國內磁傳感器的應用情況 電流傳感器:國內包括瀋陽儀表科學研究院(思賓尼斯公司) ，西南自動化所等二， 三十家大小不同的企業在生產和銷售電流傳感器/變送器，其市場競爭已經白熱化。該領域 是國內磁敏傳感器應用最早，最普及，最成熟的領域，直流無刷電機領域:InSb 霍爾元件為主，主要用於直流無刷電機轉子位置檢測，並提供定子線圈電流換向的激勵信號，年需求量在幾億只，價格確僅有 0.3 元人民幣左右，該領域是磁敏傳感器用量最大的領域，但是在國內未形成工業化生產，流量計量領域:用於電子水錶，電子煤氣表，流量計等流量發訊傳感器的低功耗薄 膜磁體磁阻器件。日前，該產品由瀋陽儀表科學院匯博思賓尼斯傳感技術有限公司生產，市 場空間可觀，該領域是磁敏傳感器國內最具發展潛力的新興應用領域， 處於市場成長期，專用測量儀表:高斯計，用於磁場檢測，在磁性材料生產及應用方面用量較多，國 內有瀋陽儀表院思賓尼斯公司， 北京師範學院等幾家公司生產， 其中思賓尼斯公司的高斯計 已經批量出口美國，另外，國內的磁敏傳感器在轉速/轉數測量，偽鈔識別等領域，也均有應用，但沒有形 成規模。孫仁濤教授提到，國內磁敏傳感器沒有進入汽車生產領域，可謂一大遺憾。