磁敏传感器的国内外现状及发展趋势The Current Situation And Tendency ofMagnetic Sensor at Home and Aboard摘要传感器是各种仪器仪表和自动化设备的基础，尤其在当今以计算机为标志的信息社会中，传感器技术更承担着获取信息的重要任务。
各种各样的磁场传感器都是为不同的磁场测量目的而设计的。
磁敏传感器是将磁场信息转换成各种有用信号的装置。
它是各种磁测仪器的核心。
本文主要评述磁敏传感器产业的现状及可能形成产业化生产和产业性应用的磁敏传感器的发展趋势。
关键词：磁敏传感器；霍尔元件；磁场检验；产业化AbstractSensor is various instruments and automation equipment foundation, especially in today's computer in the information society marked more bearing, the sensor technology is an important task of obtaining information. Various magnetic field sensors for different magnetic field measurement is designed. Magnetic sensor is converted into various magnetic field information useful signal devices. It is the core of various magnetic measurement instrument.This paper summarizes the present situation of magnetic sensor industry production and industrialization and possible ChanYeXing application of the development trend of magnetic sensorsKeywords：magnetic sensor, hall element, magnetic inspection, industrialization目录第1章概述 (6)1.1 磁敏传感器简介 (7)1.1.1 霍尔器件 (7)1.1.2 探测线圈 (7)1.1.3 磁敏电阻 (8)1.1.4 韦甘德器件 (8)1.1.5 磁通门磁强计 (9)1.2 磁敏传感器的应用 (9)第2章磁敏传感器的原理 (12)2.1 霍尔式传感器 (12)2.1.1 霍尔效应 (12)2.1.2 霍尔元件的结构与特性 (14)2.2 半导体磁阻传感器 (16)2.2.1 磁阻效应 (16)2.2.2 磁阻元件 (17)2.2.3 磁敏电阻的特性 (19)2.3 结型磁敏传感器 (21)2.3.1 磁敏二极管 (21)2.3.2 磁敏三极管 (24)2.4 新型磁传感器 (26)2.4.1 高分辨率磁性旋转编码器 (26)2.4.2 涡流传感器 (27)第3章新型铁基纳米晶带磁敏传感器设计 (29)3.1 材料制备及其磁性能 (29)3.2 定频调幅电路磁敏传感器的结构与原理 (29)3.2.1 基本设计思想 (29)3.2.2 并联型晶体振荡器 (30)3.2.3 磁敏LC谐振回路 (30)3.3 磁敏传感器的性能测试与分析 (31)3.3.1 磁敏传感器性能测试的设备及试验框图 (31)3.3.2 磁敏传感器的性能测试结果 (32)3.3.3 磁敏传感器的性能分析 (33)3.3.4 结语 (34)第4章磁敏传感器在漏磁探伤中的应用 (35)4.1 磁敏传感器阵列结构 (35)4.2 磁敏传感器阵列在漏磁探伤中的应用 (36)4.3 结论 (39)第5章磁敏传感器的发展趋势 (40)5.1 磁敏传感器的发展现状 (40)5.1.1 国内现状 (40)5.1.2 国外现状 (41)5.2 磁敏传感器的发展趋势 (41)第6章结论 (44)致谢................................... 错误!未定义书签。
参考文献 (45)第1章概述世界传感器市场正在以持续稳定的增长之势向前发展。
世界非军用传感器市场1998年为325亿美元，据统计，2008年已增加到506亿美元。
1998年~2003年之间的年平均增长率为5.3%，预计2003年至2008年期间的年平均增长率将降到3.7%。
而考虑到传感器价格降低和难以预知的新兴应用领域的崛起等因素，2003年至2008年期间的实际增长率有可能达到4.5%~5%。
根据中华人民共和国国家标准(GB7665-87)，传感器(transducer/sensor)的定义是：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
其中，敏感元件(sensingelement)是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件(transductionelement)是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。
磁敏传感器是将磁场信息转换成各种有用信号的装置。
它是各种测磁仪器的核心。
为了检测并利用磁砀，人们研制了各种测磁仪器。
到目前为止，已形成了十多种常用的测磁方法，研制和生产出了几十个大类上百种测磁仪器。
一般的测磁仪器都是由磁敏元件、转换器(由此组成传感器)、信号处理电路和读出电路组成。
仪器的基本性能(例如灵敏度、动态范围、精确度)，主要由它的传感器来决定。
信号处理电路可以提供放大、转换(例如F/ V、A/D等转换)、补偿、校正等功能。
因此，我们认为，测磁仪器所具备的技术指标和技术水平反映了当代传感器的主要性能和水平。
随着磁性材料的发展，人们利用各种磁性材料来作信息载体，例如计算机信息存储、音像信息的记录各种物体运动信息，包括位置、位移、速度、转速等等，都可以借助磁性体来作载体。
因而需要大量的、各种各样的磁的读出、写入和传感装置。
从而促使磁敏传感器逐渐地和测磁仪器分离，形成了独立的磁敏传感器产品。
近三十年来，磁敏传感器产业发展迅猛。
现在，可以说“任何一台计算机、一辆汽车、一家工厂离开磁敏传感器就不能够正常工作”。
同时，磁敏传感器已深入到人们的日常生活，许多家用电器，例如收录机、电视录像机、空调机、洗衣机等，都大量地使用着磁敏传感器。
1.1 磁敏传感器简介1.1.1 霍尔器件霍尔器件分霍尔元件和霍尔电路两个大类，它以霍尔效应为工作基础，可检测10-7T~10T的磁场。
Insb霍尔元件灵敏度最高但温度稳定性较差，GaAs霍尔元件温度性能最好但价格最高。
InAsP是性能和价格都较适中的霍尔元件。
硅霍尔集成电路因可将霍尔元件及信号处理电路集成在同一个芯片上，且适于和各种逻辑电路直接接口，使用十分方便，因而发展了许多种数字输出的霍尔功能电路。
国内外市售霍尔电路有约300个品种，有单极开关、双极开关、锁定开关、差动开关、功率开关、无刷电机驱动电路、多路双线霍尔集成电路等多种类型，还有线性输出电路等。
目前，全世界对霍尔器件的年需求量在10亿只以上，已在无刷电机、齿轮转速检测、过程控制中的无触点开关、定位开关，汽车的安全装置ABS(防抱死制动系统)，汽车发动机点火定时，电流电压传感器等上得到了广泛的应用。
其特点是无触点传感，可靠性高，用以检测电流电压，不要接入主电路即可进行无位(Potential-free)检测，无插入损耗，且实现输入和输出信号的完全隔离，无过载损坏等等。
目前国外已有几十家大公司将霍尔传感器列为自己的重要产品。
例如美国的霍尼威尔、奥立格罗(原称史普拉格)、德克萨斯仪器公司，德国的西门子，日本的松下、索尼、三洋等等。
日本的旭化成电子的年产量就在5亿只以上。
近年来，东欧各国如保加利亚、波兰、捷克和独联体的一些主要国家都在竞相发展。
1.1.2 探测线圈利用电感线圈做成的磁敏传感器可检测从10-12T的弱磁场直到104T以上的强磁场，它大量用作磁记录装置的读写头。
电感线圈磁头的需求量仅次于霍尔器件而在磁敏传感器中居第二位。
现今信息产业中的各种磁记录装置的读写，感应磁头仍是主流产品。
日本的米兹米等公司还在大量生产。
而且感应式磁头已可用微细加工技术作成薄膜式磁头不过，感应磁头因其自身的一些固有缺点，如信号幅度随磁记录装置的运动速度而变等，随着记录密度的提高，它会逐渐被新的读出装置，例如磁敏电阻头等取代。
除磁头外，磁感应线圈的用途仍然很广。
如将探测线圈装在停车场的路面上来作交通管制，用作ABS中的车轮速度检测等，不过随着新磁敏器件的出现，电感线圈的产业性应用将在竞争中接受严峻的考验。
1.1.3 磁敏电阻磁敏电阻分成两个大类：半导体磁敏电阻和强磁合金薄膜磁敏电阻。
半导体磁敏电阻利用在磁场中的载流半导体内的载流子在罗仑兹力的作用下发生偏转，使载流子漂移路径增长从而使电阻增加的磁敏电阻效应。
它对于垂直于芯片表面的磁场敏感。
目前已有许多国家生产出用InSb薄膜和InSb-NiSb共晶制成的半导体磁敏电阻，在0.3T以上的磁场下，有很高的电阻相对变化率。
InSb薄膜磁敏电阻的R(B)/R O可达3以上。
InSb-Nisb磁敏电阻的R(B)/R O也可达到此值。
R(B)为磁场作用下的电阻值，R O为未加电场时的电阻值。
InSb薄膜磁阻的初始电阻的典型值可为500Ω，用它来制作无触电点电位器可以获得相当高的精度，而且具有无触点、无动噪声、旋转力矩小、分辨率高、高频性能好等特点。
半导体磁敏电阻可用来作旋转传感器，精密小角度及角位移传感器、压力传感器、图形识别传感器等。
目前日本、德国和国内都有批量供应。
强磁台金薄膜磁敏电阻利用3D过渡合金在磁场中电阻率的各向异性，其灵敏度极高，可测10T的弱磁场(已有可测到10-12T的实验室样品的报导)。
其工作频率很高，可达100MHz以上，有二端、三端、四端等结构形式的产品。
它对平行于芯片表面的磁场敏感，尺寸可做得很小，可用以检测磁泡磁畴的场强及其分布，是用来检测弱磁场的产业化磁敏传感器之一。
它主要可做成磁旋转编码器在电机和电气传动装置中使用。
据日本JEE杂志报导，1990年日本磁旋转编码器的销售额已达250亿日元。
磁旋转编码器是光编码器有力的竞争对手。
强磁合金膜磁阻现已有集成开关器件生产销售，这类器件的灵敏度高，在2.5mT的磁通密度下就可实现开关功能。
金属薄膜磁敏电阻已有三维功能装置上市。
这种装置可测空间磁场绝对值，数字输出，可和计算机直接接口，是一种灵巧型装置。