磁敏傳感器及其應用

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(在有效范圍內)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采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。后來發展為用線圈組成振蕩槽路的。 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

霍爾傳感器是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于載體平面的外磁場作用時，則載流子受到洛倫茲力的作用， 并有向兩邊聚集的傾向,由于自由電子的聚集(一邊多一邊必然少)從而形成電勢差，在經過特殊工藝制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。霍爾器件由于其工作機理的原因都制成全橋路器件，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，一般采用恒流供電法。

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，目前的傳感器對溫度很敏感，通的電流大了，有一個自身加熱問題。（溫升）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、產量前者大于后者。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后派生出的另一種磁敏傳感器。采用的半導體材料于霍爾大體相同。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，霍爾效應于磁阻效應是并存的。在制造霍爾器件時應努力減少磁阻效應的影響，而制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，溫度漂移的控制也是主要矛盾，在器件制備方面，磁阻器件由于與霍爾不同，因此，早期的產品為單只磁敏電阻。由于溫度漂移大，現在多制成單臂（兩只磁敏電阻串聯）主要是為補償溫度漂移。目前也有全橋產品，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。

磁阻傳感器由于工作機理不同于霍爾，因而供電也不同，而是采用恒壓源（但也需要一定的電流）供電。當后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之四

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制造的 ，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，由于磁場的面積、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，在相同的面積內采集的像素就愈多。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于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年俄羅斯專家說他們制成了體積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美元一只。是否是目前最高水平，未見其它報導。

在二維場和三維場的測量中探頭的封裝垂直度的要求也有很大的難度。