新一代磁传感器在仪表中的应用

寂静天花板

磁传感器是传感器的重要分支之一，磁传感器在信息产业、工业自动化、能源电力、交通运输、电力电子技术、家用电器、医疗设备等行业得到了快速应用和发展，特别是在测量和控制领域已经越来越成为不可或缺的产品。近年来，在磁传感器领域，出现了二类新的磁传感器，即GMR巨磁阻磁传感器和TMR隧道磁阻传感器。
        磁传感器技术发展的三个阶段
  \9 y9 v- G7 H, ^$ v        从技术层面分析，磁传感器发展之今，经历了三个阶段。
        霍尔效应（Ha l l）磁传感器→各向异性磁阻（AMR）传感器→巨磁阻（GMR）传感器→隧道磁电阻（TMR）传感器。
( n5 l  h0 U3 |" K1 _6 p  Z2 F! l6 `        霍尔传感器：根据霍尔效应原理制造的一种磁传感器。
" A( T8 c7 o4 T( j0 ^! j! O/ V        各项异性磁阻传感器：与霍尔传感器不同，是利用半导体物理磁阻效应和几何磁阻效应，根据材料的各项差异特性，利用各项异性磁电阻制成的磁传感器。各项异性磁阻像其他电阻器一样，是一种纯电阻性的二端元件，特殊的也有三端和四端元件，还有磁阻集成电路，它的电阻值随磁场的变化而变化。
        巨磁阻（GMR）传感器：巨磁阻传感器是根据“巨磁电阻”（Giant Magnet Resistance，GMR）效应制成的磁传感器。所谓“巨磁电阻”效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。
        TMR隧道磁阻传感器：利用磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应而制成的磁传感器。
        新一代磁阻传感器的应用
        巨磁阻（GMR）传感器
" s" T, g) w4 O9 A& W$ o        巨磁阻（GMR）传感器是一类新兴的高品质磁传感器。相对于霍尔器件和各向异性磁阻（AMR）器件，巨磁阻传感器体积小、灵敏度高、速度快、抗辐射、能耗低，可军民两用，其应用领域非常广泛，包括工业控制、移动通讯、信息存储、医疗、交通以及导弹导航、航天和国防军事等特殊领域。巨磁阻传感器可在物联网的建设中发挥重要作用。比如对我国广大海域的监控就需要搭建由数以百万计的高灵敏度磁传感器组成的传感器网络，以防止海下不明物如潜艇的侵入。
* V5 k3 q) d/ E! ]& _. E1 Y* M8 H        巨磁阻传感器芯片的研发和产业化还可促进磁电信号隔离耦合器件、磁逻辑与随机存储器件（MRAM）等相关磁电子器件的研究和开发，这些磁电子器件可在未来形成年销售额超过上千亿美元的巨大市场。在2008年召开的第十三届全国磁学和磁性材料会议上，磁电子材料和器件的研究被认为是事关中国能否赶上世界第四次科技浪潮的一个关键。尽快使集成巨磁阻传感器产业化对支撑物联网建设、增强国防安全、提升国家的整体科技水平、提高国际综合竞争力，以及推进磁电子器件这一新兴战略产业发展意义重大。
' d" f$ B5 f- o; j        巨磁阻传感器在工业控制领域的应用主要有两种类型：巨磁阻磁场传感器和巨磁阻电流传感器。巨磁阻磁场传感器测量磁场的强度，而巨磁阻电流传感器通过测量电流产生的磁场测定电流的大小。
* i3 V  {6 a' |  C2 g8 a* ~        巨磁阻磁场传感器可作为核心敏感元件制成磁电编码器、磁栅尺、位置传感器、角度传感器、齿轮传感器、速度传感器、流量传感器，与波纹管相结合可以制成温度传感器和压力传感器。这些敏感器件可广泛应用于位置、速度、角度等工业控制领域之中。图2是巨磁阻磁场传感器在工业控制应用中的一个实例。利用巨磁阻传感器测量机械传动的位置，从而利用其反馈控制伺服电机，以达到精确控制机械传动的目的。
; O% B0 H  R6 t1 m8 a        巨磁阻电流传感器在工业控制领域的应用包括： 电流测量与继电保护；在直流自动控制调速系统中，可以直接代替电流互感器； 在逆变器中，可用巨磁阻电流传感器直接测量直流侧和交流侧的电流大小，保证逆变器的正常工作；在电子点焊机中，可利用巨磁阻电流传感器电焊时的电流电压、波形测量，利用其反馈可更好的控制点焊；在交流变频调速电机中，利用巨磁阻电流传感器作为反馈元件用于保护大功率晶体管；在电源和电能管理中，利用巨磁阻电流传感器测量配电线路上的电流幅值变化，进行负载管理；利用巨磁阻电流传感器，可以进行新型电流表和电功率表的开发；利用巨磁阻传感器与电流输入线圈相集成，可以制成电流隔离放大器，其频率特性好、应用范围广，可取代变压器耦合放大器和光电耦合器件，隔离放大器在空间技术、计算机技术、医疗和仪器仪表中有十分重要的应用。
! [& b( Q* z4 {; y# d' d- X! Y5 @        我国东方微磁科技有限公司，在巨磁阻传感器的应用研究方面已经做了很多工作，结合多家应用企业和单位的需求，已开发出用于工业控制的电机转速传感器、限位开关、齿轮测速传感器、电流传感器等相关产品。该公司开发的电机转速传感器，可应用于纺织、机床、冶金、矿山机械等工况复杂的工业控制领域。目前，产品已经进入推广应用阶段。
8 {1 [7 Y: r, a9 I4 p        东方微磁科技有限公司设计研发的电流传感器，有望成为霍尔式电流传感器的替代产品。到目前为止，已研发出1A、5A、10A GMR电流传感器产品应用于客户。
- Q! o, d% N0 E1 p- ^  b( G5 J* Y        TMR隧道磁阻传感器
        江苏多维科技有限公司，利用TMR隧道磁电阻技术，开发出了多种磁传感器，主要有开关传感器、线性传感器、角度传感器、齿轮传感器、磁图像识别传感器、TMR液位传感器、TMR停车检测模块等。这些磁传感器均采用先进的隧道磁电阻TMR技术，具有高灵敏度、低功耗（1.5μA）、工作范围宽、良好的温度稳定性，小尺寸，适合批量生产等特点。在水表、煤气表、热量表、电子罗盘、电流表，位置、转速检测，磁卡读头，液位检测，车辆管理等方面获得成功应用，潜在市场巨大，应用前景看好。

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磁铁技术

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