新型磁力计：用于集成微电子芯片

在国际单位制中描述磁场的物理量是磁感应强度，单位是特斯拉。由于1特斯拉意味着非常强的磁场，地球科学上常用纳特(nT)来作为测量单位，工程上常用的CGS制(厘米-克-秒制)中，单位则是高斯。在早期，电磁领域高斯单位盛行，因此磁强计也称为高斯计。

磁感应强度是矢量，具有大小和方向特征，只测量磁感应强度大小的磁强计称为标量磁强计，而能够测量特定方向磁场大小的磁强计称为矢量磁强计。

磁力计(Magnetic、M-Sensor)也叫地磁、磁感器，可用于测试磁场强度和方向，定位设备的方位，磁力计的原理跟指南针原理类似，可以测量出当前设备与东南西北四个方向上的夹角。

能够测量磁场的物理原理有很多，根据不同原理进行分类，常见标量磁强计原理有质子旋进磁强计，Overhauser磁强计，碱金属光泵磁强计等，常见的矢量磁强计有磁通门磁强计、磁阻磁强计等。主要介绍磁通门磁强计。

磁通门磁力计是一种基于软磁材料磁化饱和时的非线性特性而工作的一种磁力计，用以精确测量大小为千分之一T以下的稳定或者低频交变的磁场，其应用范围涉及空间探索和地球物理等的许多领域。

是利用铁磁体磁化时在饱和区的非线性来测量磁场的装置，当用软磁材料做成的铁磁体在磁化时，由于磁化的非线性，能调制外场，使得传感器输出和外场相关、相对调制磁场频率的偶次谐波信号，检测偶次谐波的大小就能得到外场的大小。

磁力计是一种可以测量环境磁场强度的传感器，本文正是通过利用磁力计测得磁场强度进而得到所需的载体方位角信息。作为一种实用器件其存在误差是无可避免的，目前通常将磁力计的误差划分为自身内部误差、应用安装误差以及罗差。

自身内部误差磁力计的自身内部误差有零位误差、灵敏度误差和正交误差。

应用安装误差当将磁力计安装于载体上时没有实现磁力计的坐标系与载体坐标系相互重合，这就产生了安装误差。

罗差因为铁磁材料本身的特性会对外界磁场产生影响，因此当它出现在磁力计周围时必然会对其产生影响进而引起误差，我们把这种误差称之为罗差。这种影响产生的干扰磁场分为硬铁磁场和软铁磁场。对于铁磁材料和电器设备会产生硬铁磁场，其对磁力计测量值的影响等同于在地磁场的测量值上附加了一个大小和方向不变的常值偏移。由于受外界磁场影响而产生的磁场称为软铁磁场，其大小和方向会随着载体姿态和位置的变化而变化。

UPC 电子工程系的研究人员开发了一种新型磁力计，可以集成到微电子芯片中，并且与当前的集成电路完全兼容。该研究对电子系统和传感器的小型化产生了极大的兴趣，最近发表在Microsystems & Nanoengineering上。

微机电系统 (MEMS) 是最大限度地小型化到可以集成到芯片中的机电系统。它们存在于我们大多数的日常设备中，例如计算机、汽车制动系统和手机。将它们集成到电子系统中在尺寸、成本、速度和能效方面具有明显优势。但开发它们的成本很高，而且它们的性能通常会因与设备内其他电子系统不兼容而受到影响。

MEMS 可用于开发磁力计——一种测量磁场以在导航过程中提供方向的设备，很像指南针——用于集成到智能手机和可穿戴设备或用于汽车行业。因此，最有前途的工作之一是洛伦兹力 MEMS 磁力计。

“这种利用技术提供了一个没有限制的大测量范围，因为它不需要铁磁材料。铁磁体使得测量变得困难，因为它们保留了以前测量的记忆，这被称为滞后现象，”该研究所的研究员 Jordi Madrenas 解释道。加泰罗尼亚理工大学-巴塞罗那理工大学 (UPC)。

智能传感器和集成系统 (IS2) 研究小组也应用这项技术来开发可以集成到微电子芯片中的磁力计。“这使我们能够将电子和机械部件组合成一个芯片，这与当前的标准程序不同，后者包括分别制造芯片然后将它们组合起来，”同样在巴塞罗那电信工程学院 (ETSETB) 任教的 Madrenas 补充道。

除了磁力计，该小组还使用相同技术开发了加速度计和压力传感器。这项研究为具有多个传感器和电子设备的芯片打开了大门。