磁传感器在各个领域的应用

磁传感器是一种可检测磁铁，以及电流产生的磁场或地磁场的强度和方向的传感器。磁场存在于我们身边，只是用肉眼看不见它，但我们可以借助磁性传感器来检测出它。虽然都叫做磁传感器，但是其实包含许多种类。

下面，我们介绍几种具代表性的磁传感器及其各自的特点。

线圈

线圈是在众多磁传感器中，最简单的一种磁传感器。线圈可以检测出磁通量的变化。

干簧管

是左右两片呈交迭状且间隔一小段空隙的金属片（簧片）密封于一玻璃管中的传感器。当有外部磁场靠近时，管内的两个簧片被磁化而互相吸引接触，簧片就会吸合在一起，使结点所接的电路连通。

霍尔开关

霍尔开关是利用霍尔效应制作而成的元件，英文拼写为Hall。Hall的由来是源于发现霍尔效应的霍尔博士的名字。霍尔效应是指，当在电流的流动方向施加一个垂直于电流的磁场时，垂直于电流和磁感线的方向会产生一个电势差的现象。

磁阻元件

磁阻元件是用一种在外施磁场的作用下可以改变其自身阻值的材料制作而成的元件。

磁阻元件共分为四种，除了半导体磁阻元件（SMR元件）之外，还包括有用强磁体薄膜生成的各向异性磁阻（AMR AnisotropicMagneto Resistive），巨磁阻（GMR Giant Magneto Resistive)，和隧道磁阻（TMR Tunnel Magneto Resistive)。

磁传感器应用

磁传感技术在机器人和工厂自动化中的优势尤其明显。由于磁传感器在零件位置和速度检测方面具有更高的可靠性和精密度，因此，它对运动控制而言至关重要。这一优势也让机器手臂和其它部件能够平稳而准确地移动，从而确保高质量和高安全性的制造过程。

除汽车外，磁传感器还大量用于如洗衣机和微波炉等家用电器中，以检测机器的门是处于关闭还是打开状态。磁传感器还被广泛用于医疗器械中，例如，当应用于助听器时，它能够检测佩戴者是否携带了手机，然后更改至相应的模式，以帮助佩戴者能够更清楚地听到来电。此外，它还常被用于电梯中的楼层检测以及检测例如平板电脑或手机等手持设备是处于打开还是关闭的状态。

磁传感器有多种多样的功能，但要特别指出的是，其中有两种功能的传感器可以被广泛集成到其它电路，那就是霍尔效应传感器和磁通门传感器。

霍尔效应传感器能够可靠地在各种电磁环境中运行，倍受制造商的推崇与喜爱。常见的应用包括油量表，主要用于检测油箱中的浮子，同时它也可用于无刷电机，检测转子位置并对电流进行计时。当磁传感器与其它电路集成时，制造过程无需特殊材料或进行特殊处理，有助于降低设计成本。

与霍尔效应传感器相比，磁通门传感器则更加敏感，它能够检测到磁场中非常细微的变化。磁通门传感器常用的应用包括轮船和飞机的电子罗盘以及地质学家用于检测地下结构的仪器。

一、工业上

在工业应用领域，最流行的磁性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。

➤ 电机

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，磁传感器中，霍尔器件、威根德器件、磁阻器件等都可以使用，但主要还是以霍尔传感器为主。另外磁传感器还可以对电机进行过载保护及转矩检测。

交流变频器用于电机调速，节能效果极好；磁编码器的使用正在逐渐取代光编码器来对电机的转速进行检测和控制，例如，在电动车窗之中，传感器可以确定轴转动了多少圈，以控制车窗升降器的行程，传感器也可以探测到人手造成的异常负载情况，提供所谓的“防夹”功能，在碰到物体的时候，电机可以反转。

➤ 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。这些变频装置的核心，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。

➤ 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，是用磁传感器为基础的电流传感器、互感器等来实现。霍尔电流传感器早已在电网系统中得到应用，用霍尔器件作成的电度表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。

➤ 磁信息记录装置

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。目前，感应磁头，TMR薄膜磁阻磁头，非晶磁头等都获得了大量的使用。

➤ 交通控制

目前，在加强行车支持道路系统(AHS)、智能运输系统(ITS)和道路交通信息系统(VICS)等的开发与建设中，高灵敏度、高速响应的微型DMR磁传感器大有用武之地。例如，用分辨率可达1nT的SI传感器，可构成ITS传感器（作高速路上的道路标志，测车轮角度，货车接近距离），汽车通过记录仪（测通行方向、速度、车身长度、车种识别）、停车场成批车辆传感器、加速度传感器（测车辆通过时路桥的振动等）等。

利用GMR传感器可放置在公路上探测到车辆大小、位置等数据，用于监控高速公路车流量和停车场车辆停放情况。GMR也可用在公路的收费亭，从而实现收费的自动控制。

二、在汽车中的应用

磁传感器在汽车上的应用尤其普遍，例如包括汽车安全、汽车舒适性、汽车节能降耗等。它在汽车中主要被用于车速、倾角、角度、距离、接近、位置等参数检测以及导航、定位等方面的应用，比如车速测量、踏板位置、变速箱位置、电机旋转、助力扭矩测量、曲轴位置、倾角测量、电子导航、防抱死检测、泊车定位、安全气囊与太阳能板中的缺陷检测、座椅位置记忆、改善导航系统的航向分辨率。

霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高，工作温度范围宽，可达-55℃～150℃。开关型霍尔传感经过一次磁场强度的变化，则完成了一次开关动作，输出数字信号，可以计算汽车或机器转速、ABS系统中的速度传感器、汽车速度表和里程表、机车的自动门开关、无刷直流电动机、汽车点火系统等。

在节能降耗中， 磁传感器的应用能够让马达控制或换向更加精确。此外，汽车电子线控节气门系统和电池监测、智能电扇等都有着磁传感器的身影。

三、在医疗领域应用

辅助健康和监护的医疗技术正变得愈发重要。医疗传感器的应用提高了自动化程度和精确度。磁性传感器在医疗领域中以各种方式辅助病人护理和监控。无论是在手术过程中，重症监护室，医院复健护理，还是在家庭护理方面，都提供了有效的应用方案。

使用换向传感器在医疗设备之中用于电机控制，比如呼吸机、输液、胰岛素和肾脏透析机等方面的应用；电磁编码器霍尔传感器用于注射泵中检测流速以确定注射器是否为空和注射器是否堵塞的（应用于监测血液再造系统、自动血样分析系统）。

将细胞、蛋白质、抗体、病原体、病毒、DNA等用纳米级的磁性小颗粒来标记，也就是磁化这些被探测的对象，再用高灵敏度的GMR磁阻传感器来探测它们的具体位置。这种应用方式在医学及临床分析、DNA分析、环境污染监测有非常重要意义。

四、在电子消费领域应用

随着消费电子在全球的风靡，磁传感器在消费电子中的应用表现也十分强劲。例如手机、笔记本电脑、电子玩具、电子罗盘等中都有着非常广泛的应用。

在多轴测量电子罗盘中，磁传感器担当着重要部件的角色。而目前具备GPS系统的手机与平板电脑都会采取多轴测量电子罗盘做为标配，这也让磁传感器在无形之中搭上了消费电子的快车。目前磁传感器在消费电子中的应用，还让游戏控制器、笔记本、数码相机等具有了地理标签功能。

五、在航空、航天、卫星通信及军事工业大显身手

高灵敏度和探测弱磁场的GMR磁阻传感器可以用在航空、航天及卫星通信技术上。大家知道，在军事工业中随着吸波技术的发展，军事物件可以通过覆盖一层吸波材料而隐蔽，但是它们无论如何都会产生磁场，因此通过GMR磁阻传感器就可以把隐蔽的物体找出来。

GMR磁阻传感器可以应用在卫星上，用来探测地球表面上的物体和底下的矿藏分布。电子罗盘在武器／导弹导航（航位推测），航海和航空的高性能导航设备中功不可没。

如果在水雷或地雷上安装磁传感器，由于坦克或者军舰都是钢铁制造的，在它们接近（无须接触目标）时，传感器就可以探测到磁场的变化使水雷或地雷爆炸，提高了杀伤力。

六、在环境监测中的应用前景广阔

环境保护的前提是对各个环境参数的监测，这里需要使用多种大量的传感器。采用强磁致伸缩非晶磁弹微型磁传感器和感应式磁传感器，可以同时测量真空或密闭空间的温度和气压，而且不用接插件，可以遥测和远距离访问。在食品包装、环境科学实验等方面，应用前景也很广阔。