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大家好，我是李工，創(chuàng)作不易，希望大家多多支持我。

大家好久不見，之前給大家分享了溫度傳感器、加速度傳感器、位置傳感器、壓力傳感器等方面的知識，大家如果錯過的，可以去本文末尾，點(diǎn)擊標(biāo)題，直接跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的傳感器。

今天給介紹一次磁敏傳感器，磁敏傳感器原理。

什么是磁敏傳感器？

磁敏傳感器通常是指將磁場的大小和變化轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。

以地球磁場（地磁）或磁鐵為例的磁場，就是一個典型例子。將不可見磁場轉(zhuǎn)換為電信號和可見效應(yīng)的磁傳感器是長期以來研究的主題。

磁敏傳感器始于幾十年前使用電磁感應(yīng)效應(yīng)的傳感器，之后慢慢擴(kuò)展到電流磁效應(yīng)、磁阻效應(yīng)、約瑟夫森效應(yīng)和其他物理現(xiàn)象的應(yīng)用。

地球磁場圖（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

磁敏傳感器原理

1、霍爾元件--磁敏傳感器

霍爾元件磁敏傳感器是一種利用霍爾效應(yīng)的器件。“霍爾”來源于霍爾博士發(fā)現(xiàn)霍爾效應(yīng)的名字。

霍爾元件磁敏傳感器原理是基于在電流流過的物體上施加垂直于電流的磁場時，電動勢出現(xiàn)在與電流和磁場都正交的方向上的現(xiàn)象。

當(dāng)向薄膜半導(dǎo)體施加電流時，霍爾效應(yīng)會輸出與磁通密度及其方向相對應(yīng)的電壓。霍爾效應(yīng)用于檢測磁場（如下圖所示）。

霍爾元件磁敏傳感器原理圖

即使在磁通密度不變的靜態(tài)磁場的情況下，霍爾元件也可以檢測到磁場。因此，霍爾元件用于各種應(yīng)用，例如與磁鐵組合使用的非接觸式開關(guān)、角度傳感器和電流傳感器。使用霍爾元件的地磁傳感器廣泛用于智能手機(jī)和其他應(yīng)用。

2、線圈-磁敏傳感器

線圈磁敏傳感器是最簡單的磁傳感器，可以檢測磁通密度的變化。如下圖所示。

線圈磁敏傳感器原理：當(dāng)磁鐵靠近線圈時，線圈中的磁通密度增加了 ΔB。然后，在線圈中產(chǎn)生產(chǎn)生沿阻礙磁通密度增加的方向的磁通的感應(yīng)電動勢/感應(yīng)電流。反之，將磁鐵移離線圈會降低線圈中的磁通密度，因此在線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，從而增加磁通密度。

此外，由于磁鐵不移動時磁通密度沒有變化，不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流。通過測量該感應(yīng)電動勢的方向和大小，可以檢測磁通密度的變化。

由于結(jié)構(gòu)簡單，線圈不易損壞。然而，輸出電壓取決于磁通量的變化率。可能無法使用線圈來檢測固定磁體或變化非常緩慢的磁通量。

3、簧片開關(guān)-磁敏傳感器

簧片開關(guān)是一種磁敏傳感器，其中從左右兩側(cè)延伸的金屬片（簧片）被封裝在玻璃管中，在簧片的重疊位置留有間隙。（如下圖所示）

簧片開關(guān)-磁敏傳感器原理：當(dāng)外部施加磁場時，這些簧片會被磁化。當(dāng)簧片被磁化時，重疊部分相互吸引并接觸，然后開關(guān)打開。

圖 2 干簧管原理圖

簧片開關(guān)磁敏傳感器原理圖

4、磁阻元件（MR）--磁敏傳感器

磁阻元件（MR)傳感器元件是利用磁阻效應(yīng)（MR效應(yīng)）的磁傳感器元件。有許多使用不同工作原理的 MR 傳感器類型。

MR效應(yīng)是一種電阻隨磁場變化而變化的現(xiàn)象,這是一種發(fā)生在磁性材料（例如鐵、鎳或鈷）中的效應(yīng)。

MR 效應(yīng)需要了解電子自旋以及洛倫茲力如何使用電子電荷起作用。

磁阻元件（MR)傳感器原理：當(dāng)電子穿過鐵磁材料（具有一定磁性的材料）并且電子的自旋發(fā)生波動時，磁化材料中（電子）的散射概率會上升和下降。這就是導(dǎo)致 MR 效應(yīng)的原因。

4.1 半導(dǎo)體磁阻元件（SMR）--磁敏傳感器

半導(dǎo)體磁阻元件（SMR）是利用洛倫茲力引起的電阻值變化的傳感器。下圖顯示了N 型半導(dǎo)體磁阻元件（SMR）的電阻值如何變化。

半導(dǎo)體磁阻元件（SMR）磁敏傳感器原理：在 SMR 結(jié)構(gòu)中，金屬電極放置在半導(dǎo)體薄膜上，如下圖所示的順時針電流流過半導(dǎo)體薄膜時，作為N型半導(dǎo)體的載流子的電子逆時針流動，并且假設(shè)矢量的速度為“v”。當(dāng)施加如圖所示方向的磁場 B 時，電子受到洛倫茲力，路徑隨著彎曲而變長。

半導(dǎo)體磁阻元件原理圖

使用 半導(dǎo)體磁阻元件（SMR）的傳感器用于檢測齒輪的旋轉(zhuǎn)。

4.2 各向異性磁阻元件 (AMR)-磁敏傳感器

各向異性磁阻 (AMR) 傳感器由各向異性磁條線組成，其等效電阻取決于磁化方向和導(dǎo)電方向的角度。與其他 MR 傳感器相比，AMR 傳感器具有相對較低的磁阻 (MR) 比，在工業(yè)、商業(yè)和空間應(yīng)用中用作運(yùn)動或角度傳感器以及地球磁場傳感器。

各向異性磁阻元件 (AMR)-磁敏傳感器原理圖

4.3 巨磁阻元件 (GMR)-磁敏傳感器

巨磁阻 (GMR) 傳感器由界面導(dǎo)電層隔開的薄磁性層夾層組成。該設(shè)備有兩種電阻狀態(tài)。

巨磁阻 (GMR) 傳感器原理：當(dāng)兩個磁性層具有平行的磁性取向時，巨磁阻 (GMR) 傳感器具有低電阻狀態(tài)，而當(dāng)兩層具有相反取向時，巨磁阻 (GMR) 傳感器具有高電阻狀態(tài)。巨磁阻（GMR） 傳感器是具有良好溫度穩(wěn)定性的精確磁場傳感器。它們已廣泛用于硬盤驅(qū)動器 (HDD) 行業(yè)以及工業(yè)應(yīng)用中。

4.3 巨磁阻元件 (GMR)-磁敏傳感器原理圖

4.4 隧道磁阻元件 (TMR)-磁敏傳感器

隧道磁阻 (TMR) 由隧道勢壘隔開的鐵磁材料堆疊組成。隧道磁阻 (TMR) 的電阻取決于兩個鐵磁層之間的相對角度。

與其他系列的磁場傳感器相比，隧道磁阻 (TMR)傳感器具有更好的信噪比和得分，具有前所未有的精度和極低的功耗。隧道磁阻 (TMR)傳感器在溫度和傳感器壽命期間提供可靠和穩(wěn)定的性能。因此，隧道磁阻 (TMR) 傳感器在要求非常苛刻的應(yīng)用中是首選。

隧道磁阻元件 (TMR)-磁敏傳感器原理圖

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