磁敏传感器原理解析

磁敏传感器中霍尔元件及霍尔传感器的生产量是最大的。它主要用于无刷直流电机(霍尔电机)中，这种电机用于磁带录音机、录像机、XY记录仪、打印机、电唱机及仪器中的通风风扇等。另外，霍尔元件及霍 尔传感器还用于测转速、流量、流速及利用它制成高斯计、电流计、功率计等仪器。磁敏传感器是传感器产品的一个重要组成部分， 随着我国磁敏传感器技术的发展，其产品种类和质量将会得到进一步发展和提高，汽车、民用仪表等这些量大面广的应用领域即将实现国产，电流传感器、高斯计等产品已经开始走入国际市场，与国外产品的差距正在快速缩小。

磁敏传感器顾名思义就是感知磁性物体的存在或者磁性强度(在有效范围内)这些磁性材料除永磁体外，还包括顺磁材料(铁、钴、 镍及其它们的合金)当然也可包括感知通电(直、交)线包或导线周围的磁场。一， 传统的磁检测中首先被采用的是电感线圈为敏感元件。特点正是无须在线圈中通电，一般仅对运动中的永磁体或电流载体起敏感作用。后来发展为用线圈组成振荡槽路的。 如探雷器， 金属异物探测器，测磁通的磁通计等，(磁通门，振动样品磁强计)。二， 霍尔传感器霍尔传感器依据霍尔效应制成的器件。霍尔效应：通电的载体在受到垂直于载体平面的外磁场作用时，则载流子受到洛伦兹力的作用， 并有向两边聚集的倾向，由于自由电子的聚集(一边多一边必然少)从而形成电势差， 在经过特殊工艺制备的半导体材料这种效应更为显著。从而形成了霍尔元件。早期的霍尔效应的材料Insb(锑化铟)。为增强对磁场的敏感度，在材料方面半导 体IIIV 元素族都有所应用。近年来，除Insb之外，有硅衬底的，也有砷化镓的。霍尔器件由于其工作机理的原因都制成全桥路器件，其内阻大约都在 150Ω~500Ω之间。对线性传感器工作电流大约在2~10mA左右，一般采用恒流供电法。Insb与硅衬底霍尔器件典型工作电流为10mA。而砷化镓典型工作电流为2 mA。作为低弱磁场测量，我们希望传感器自身所需的工作电流越低越好。因为电源周围即有磁场，就不同程度引进误差。另外，传感器对温度很敏感，通 的电流大了，有一个自身加热问题。(温升)就造成传感器的零漂。这些方面除外附补偿电路外，在材料方面也在不断的进行改进。霍尔传感器主要有两大类，一类为开关型器件，一类为线性霍尔器件，从结构形式(品种)及用量、产量前者大于后者。霍尔器件的响应速度大约在1us 量级。

磁敏电阻传感器，作为磁场检测的关键元件，其核心在于利用铁磁性物质的磁阻效应。传感器内部构造精妙，由磁性材料与金属电极组成电阻元件，当外部磁场施加于磁性材料时，会诱发其磁化状态的变化。这一变化进而导致电阻元件在不同方向上电阻值的差异，形成所谓的磁敏电阻。正是基于这种电阻值随磁场变化的特性，磁敏电阻传感器能够精准地将磁场信息捕捉并转换为电信号，为磁场强度测量、位置检测、安全监控等诸多领域提供了可靠的技术支持。其高精度、高灵敏度及成本效益，使得磁敏电阻传感器在电子设备与仪器中得以广泛应用，展现了其在电子领域的独特价值与重要地位。

什么是磁敏传感器?

磁敏传感器通常是指将磁场的大小和变化转换为电信号的传感器。

以地球磁场(地磁)或磁铁为例的磁场，就是一个典型例子。将不可见磁场转换为电信号和可见效应的磁传感器是长期以来研究的主题。

磁敏传感器始于几十年前使用电磁感应效应的传感器，之后慢慢扩展到电流磁效应、磁阻效应、约瑟夫森效应和其他物理现象的应用。

二、磁敏传感器原理

1、霍尔元件--磁敏传感器

霍尔元件磁敏传感器是一种利用霍尔效应的器件。“霍尔”来源于霍尔博士发现霍尔效应的名字。

霍尔元件磁敏传感器原理是基于在电流流过的物体上施加垂直于电流的磁场时，电动势出现在与电流和磁场都正交的方向上的现象。

当向薄膜半导体施加电流时，霍尔效应会输出与磁通密度及其方向相对应的电压。

即使在磁通密度不变的静态磁场的情况下，霍尔元件也可以检测到磁场。因此，霍尔元件用于各种应用，例如与磁铁组合使用的非接触式开关、角度传感器和电流传感器。使用霍尔元件的地磁传感器广泛用于智能手机和其他应用。

2、线圈-磁敏传感器

线圈磁敏传感器是最简单的磁传感器，可以检测磁通密度的变化。

线圈磁敏传感器原理：当磁铁靠近线圈时，线圈中的磁通密度增加了 ΔB。然后，在线圈中产生产生沿阻碍磁通密度增加的方向的磁通的感应电动势/感应电流。反之，将磁铁移离线圈会降低线圈中的磁通密度，因此在线圈中会产生感应电动势和感应电流，从而增加磁通密度。

此外，由于磁铁不移动时磁通密度没有变化，不会产生感应电动势或感应电流。通过测量该感应电动势的方向和大小，可以检测磁通密度的变化。

由于结构简单，线圈不易损坏。然而，输出电压取决于磁通量的变化率。可能无法使用线圈来检测固定磁体或变化非常缓慢的磁通量。

3、簧片开关-磁敏传感器

簧片开关是一种磁敏传感器，其中从左右两侧延伸的金属片(簧片)被封装在玻璃管中，在簧片的重叠位置留有间隙。

簧片开关-磁敏传感器原理：当外部施加磁场时，这些簧片会被磁化。当簧片被磁化时，重叠部分相互吸引并接触，然后开关打开。

4、磁阻元件(MR)--磁敏传感器

磁阻元件(MR)传感器元件是利用磁阻效应(MR效应)的磁传感器元件。有许多使用不同工作原理的 MR 传感器类型。

MR效应是一种电阻随磁场变化而变化的现象,这是一种发生在磁性材料(例如铁、镍或钴)中的效应。

MR 效应需要了解电子自旋以及洛伦兹力如何使用电子电荷起作用。

磁阻元件(MR)传感器原理：当电子穿过铁磁材料(具有一定磁性的材料)并且电子的自旋发生波动时，磁化材料中(电子)的散射概率会上升和下降。这就是导致MR效应的原因。

磁传感器的应用领域

工业自动化

在工业自动化领域，磁传感器被广泛应用于电机控制、位置检测、速度测量等方面。例如，在电机控制系统中，磁传感器可以检测电机的转速和位置，实现精确的速度控制和位置控制。在自动化生产线中，磁传感器可以检测工件的位置和运动状态，实现自动化生产和物流管理。

汽车电子

在汽车电子领域，磁传感器起着至关重要的作用。例如，在汽车发动机管理系统中，磁传感器可以检测曲轴和凸轮轴的位置和转速，实现精确的燃油喷射和点火控制。在汽车防抱死制动系统(ABS)中，磁传感器可以检测车轮的转速，实现防抱死制动功能。此外，磁传感器还广泛应用于汽车电子稳定系统(ESP)、胎压监测系统(TPMS)等方面。

消费电子

在消费电子领域，磁传感器也有广泛的应用。例如，在智能手机中，磁传感器可以检测手机的方向和位置，实现屏幕自动旋转和指南针功能。在平板电脑和笔记本电脑中，磁传感器可以检测盖子的开合状态，实现自动休眠和唤醒功能。此外，磁传感器还广泛应用于数码相机、游戏机等消费电子产品中。

医疗设备

在医疗设备领域，磁传感器也有重要的应用。例如，在磁共振成像(MRI)设备中，磁传感器可以检测磁场的强度和均匀性，确保成像质量。在医疗监护设备中，磁传感器可以检测患者的生理参数，如心率、呼吸率等。此外，磁传感器还广泛应用于医疗器械的定位和导航等方面。