概述磁传感器广泛用于现代工业和电子产品中以感应磁场强度来测量电流、位置、方向等物理参数。

在现有技术中，有许多不同类型的传感器用于测量磁场和其他参数，例如采用霍尔（Hall）元件，各向异性磁电阻（Anisotropic Magnetoresistance, AMR）元件或巨磁电阻（Giant Magnetoresistance, GMR）元件为敏感元件的磁传感器。

TMR（Tunnel MagnetoResistance）元件是近年来开始工业应用的新型磁电阻效应传感器，其利用的是磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应，比之前所发现并实际应用的AMR元件和GMR元件具有更大的电阻变化率。

我们通常也用磁隧道结（Magnetic Tunnel Junction, MTJ）来代指TMR元件，MTJ元件相对于霍尔元件具有更好的温度稳定性，更高的灵敏度，更低的功耗，更好的线性度，不需要额外的聚磁环结构；相对于AMR元件具有更好的温度稳定性，更高的灵敏度，更宽的线性范围，不需要额外的set/reset线圈结构；相对于GMR元件具有更好的温度稳定性，更高的灵敏度，更低的功耗，更宽的线性范围。

定义什么是磁传感器？就是把磁场、电流、应力应变、温度、光等外界因素引起敏感元件磁性能变化转换成电信号，以这种方式来检测相应物理量的器件。

磁传感器分为三类：指南针、磁场感应器、位置传感器。

指南针：地球会产生磁场，如果你能测地球表面磁场就可以做指南针。

电流传感器：电流传感器也是磁场传感器。

电流传感器可以用在家用电器、智能电网、电动车、风力发电等等。

位置传感器：如果一个磁体和磁传感器相互之间有位置变化，这个位置变化是线性的就是线性传感器，如果转动的就是转动传感器。

大家在生活中都用到很多磁传感器，比如说指南针，电脑硬盘、家用电器等等。

发展趋势磁传感器未来的发展趋势有以下几种特点：1、高灵敏度。

被检测信号的强度越来越弱，这就需要磁性传感器灵敏度得到极大提高。

应用方面包括电流传感器、角度传感器、齿轮传感器、太空环境测量。

2、温度稳定性。

更多的应用领域要求传感器的工作环境越来越严酷，这就要求磁传感器必须具有很好的温度稳定性，行业应用包括汽车电子行业。

3、抗干扰性。

很多领域里传感器的使用环境没有任何评比，就要求传感器本身具有很好的抗干扰性。

包括汽车电子、水表等等。

4、小型化、集成化、智能。

要想做到以上需求，这就需要芯片级的集成，模块级集成，产品级集成。

5、高频特性。

随着应用领域的推广，要求传感器的工作频率越来越高，应用领域包括水表、汽车电子行业、信息记录行业。

6、低功耗。

很多领域要求传感器本身的功耗极低，得以延长传感器的使用寿命。

应用在植入身体内磁性生物芯片，指南针等等。

发展历程磁传感器的发展,在本世纪70～80 年代形成高潮。

90 年代是已发展起来的这些磁传感器的成熟和完善的时期。

(1) 集成电路技术的应用。

将硅集成电路技术用于磁传感器,开始于1967 年。

Honeywell 公司Mi2croswitch 分部的科技人员将Si 霍尔片和它的讯号处理电路集成到一个单芯片上,制成了开关电路,首开了单片集成磁传感器之先河。

已经出现了磁敏电阻电路、巨磁阻电路等许多种功能性的集成磁传感器。

(2) InSb 薄膜技术的开发成功,使InSb 霍尔元件产量大增,成本大幅度下降。

最先运用这种技术获得成功的日本旭化成电子公司,如今可年产5 亿只以上。

(3) 强磁性合金薄膜。

1975 年面市的强磁合金薄膜磁敏电阻器利用的是强磁合金薄膜中的磁敏电阻各向异性效应。

在与薄膜表面平行的磁场作用下,以坡莫合金为代表的强磁性合金薄膜的电阻率呈现出2 [%]～5 [%]的变化。

利用这种效应已制成三端、四端磁阻器件。

四端磁阻桥已大量用于磁编码器中,用来检测和控制电机的转速。

此外,还作成了磁阻磁强计、磁阻读头以及二维、三维磁阻器件等。

它们可检测10 - 10～10 - 2 T 的弱磁场,灵敏度高、温度稳定性好, 将成为弱磁场传感和检测的重要器件。

(4) 巨磁电阻多层膜。

由不同金属、不同层数和层间材料的不同组合,可以制成不同的机制的巨磁电阻(giant magneto - resistance) 磁传感器。

它们呈现出的随磁场而变化的电阻率,比单层的各向异性磁敏电阻器的要高出几倍,正受到研制高密度记录磁盘读出头的科技人员的极大关注，已见有5 G字节的自旋阀头的设计分析的报导。

(5) 各种不同成分和比例的非晶合金材料的采用,及其各种处理工艺的引入,给磁传感器的研制注入了新的活力,已研制和生产出了双芯多谐振荡桥磁传感器、非晶力矩传感器、压力传感器、热磁传感器、非晶大巴克豪森效应磁传感器等[4 ] 。

发现的巨磁感应效应(giant magneto inductive effect) 和巨磁阻抗效应(giant magneto - impedance effect) ,比巨磁电阻的响应灵敏度高一个量级,可能做成磁头,成为高密度磁盘读头的有力竞争者。

利用非晶合金的高导磁率特性和可做成细丝的机械特性,将它们用于磁通门和威根德等器件中,取代坡莫合金芯,使器件性能得到大大的改善。

(6) Ⅲ- Ⅴ族半导体异质结构材料。

例如,在InP 衬底上用分子束外延技术生长In0. 52Al0. 48As/In0. 8Ga0. 2As ,形成假晶结构,产生二维电子气层,其层厚是分子级的,这种材料的能带结构发生改变。

用这种材料来制作霍尔元件,其灵敏度高于市售的InSb 和GaAs 元件,在296 K时为22. 5 V/ T ,灵敏度的温度系数也有大的改善,用恒定电流驱动时,为-0. 0084 [%]/ K。

用这种材料,除可制造霍尔器件外,还可用以制造磁敏场效应管、磁敏电阻器等。

在国外,由于磁传感器已逐渐被广泛而大量地使用。

（6）磁隧道结。

早在1975年,Julliere就在Co/Ge/Fe磁性隧道结(MagneticTunnelJunctions，MTJs)（注：MTJs的一般结构为铁磁层/非磁绝缘层/铁磁层(FM/I/FM)的三明治结构）中观察到了TMR效应。

MTJs中两铁磁层间不存在或基本不存在层间耦合，只需要一个很小的外磁场即可将其中一个铁磁层的磁化方向反向，从而实现隧穿电阻的巨大变化，故MTJs较金属多层膜具有高得多的磁场灵敏度。

同时，MTJs这种结构本身电阻率很高、能耗小、性能稳定。

因此，MTJs无论是作为读出磁头、各类传感器，还是作为磁随机存储器(MRAM)，都具有无与伦比的优点，其应用前景十分看好，引起世界各研究小组的高度重视。

应用磁传感器全球每年产值大概在10亿美元，加上后端系统就更大了。

这里所讲的是感应层面的磁传感器。

在智能交通里，比如说任何一个车在公路上开的时候，如果你公路上放一个磁传感器，车走过的轨迹你把它记录下来，就可以建设高速公路的车流。

前一段动车出事以后，国家交通部要求有没有单独的方案，建设动车是停在某一个轨道上，还是不在某一个轨道上，后来又一个方案很简单，在动车沿线每隔两公里铺一个磁传感器，这是一个单独系统，所以当你没电的时候也可以告诉调度中心。

磁传感器应用于工业领域磁传感器就是把磁场、电流、应力应变、温度、光等引起敏感元件磁性能的变化转换成电信号，以这种方式来检测相应物理量的传感器。

磁传感器在工业领域应用很多，还呈快速增长的趋势。

在工业应用领域，最流行的磁传感器类型是电流传感器，包括分流电阻器、霍尔效应集成电路、电流感应变压器、开环与闭环霍尔器件以及磁通门传感器。

在许多测量50安培以下电流的应用中，比如住宅太阳能逆变器应用或小型UPS系统，使用简单的resistive bar或分路（shunt）。

但随着所测电流强度的上升，shunt变得笨重和昂贵。

在大型变频电机等电流较高的应用中，开环与闭环霍尔传感器在一个小型封装中使用霍尔效应IC；也可以提高集成度，在封装中包含一个专用集成电路。

霍尔IC同样用于工业洗衣机变频器控制应用之中。

除了电流传感器，独立霍尔效应IC或磁阻传感器开关也存在规模较小的磁传感器市场，这些器件用于电机整流，以降低纹波和改善性能，或者用于位置测量。

磁传感器的应用与市场磁传感器的应用十分广泛，已在国民经济、国防建设、科学技术、医疗卫生等领域都发挥着重要作用，成为现代传感器产业的一个主要分支。

在传统产业应用和改造、资源探查及综合利用、环境保护、生物工程、交通智能化管制等各个方面，它们发挥着愈来愈重要的作用。

下面就一些重要方面的应用作一些论述。

磁传感器的产业应用磁传感器已经在许多领域获得了产业性的应用，每年所需用的磁传感器的总数量以数十亿计。

1.1 电机工业无刷电动机具有体积小、重量轻、效率高、调速方便、维护少、寿命长、不产生电磁干扰等一系列优点，年需求量数以亿计。

在无刷电动机中，用磁传感器来作转子磁极位置传感和定子电枢电流换向器。

许多磁传感器，霍尔器件、威根德器件、磁阻器件等都可以使用，但大量使用的，主要是霍尔器件。

电机的转速检测和控制使用了的旋转编码器，过去多用光编码器。

磁编码器的使用显示出越来越多的优点，正在逐渐取代光学器件。

使用磁传感器还可以对电机进行过载保护(主要用霍尔电流传感器)及转矩检测。

1.2 电力电子技术电力电子表技术是电力技术和电子技术的结合，可实现交直流电流的相互变换，并可在所需的范围内实现电流、电压和频率的自由调节。

采用这些技术和产品，可做成各种特殊电源(如UPS、高频电源、开关电源、弧焊机逆变电源等)和交流变频器等产品(交流变频器用于电机调速，节能效果极好)。

这些变流装置的核心，是大功率半导体器件。

以磁传感器为基础的各种电流传感器被用来监测、控制和保护这些大功率器件。

霍尔电流传感器响应速度快，且依靠磁场和被控电路耦合，不接入主电路，因而功耗低，抗过载能力强，线性好，可靠性高，既可作为大功率器件的过流保护驱动器，又可作为反馈器件，成为自控环路的一个控制环节。

使用变流技术可以大量节能，国外使用的电能95%是经过变换来的，国内变流技术虽已受到高度重视，但仅有5%的电能经过这种变换，可见具有巨大的应用前景。

其中，可能吸纳大量的电流传感器，是磁传感器的又一巨大的产业性应用领域。

1.3 能源管理电网的自动检测系统需采集大量的数据，经计算机处理之后，对电网的运行状况实施监控，并进行负载的分配调节和安全保护。

自动监控系统的各个控制环节，都可用以磁传感器为基础的电流传感器、互感器等来实现。

霍尔电流传感器已逐步在电网系统中得到应用。

用霍尔器件作成的电度表已从研制逐步转向实用化，它们可自动计费并可显示功率因数，以便随时进行调整，保证高效用电。

1.4 计算机技术与信息读写磁头磁信息记录装置除磁带、磁盘等之外，还有磁卡、磁墨水记录帐册、钞票的磁记录等，对磁信息存储和读出传感器有巨大需求。