磁性传感器

　　磁传感器通常是指将磁场的大小和变化转换成电信号。

　　磁场，以地球磁场(地磁)或磁石为例的磁场是我们熟悉但不可见的现象。将不可见的磁场转化为电信号，以及转化为可见效应的磁传感器一直以来都是研究的主题。

　　从几十年前使用电磁感应效应的传感器，到如今涉及磁场电效应、磁阻效应、约瑟夫森效应和其他物理现象的应用。

　　02 典型磁传感器及其应用

　　现在，利用各种物理效应的传感器已经商业化。以下，我们将重点介绍最常用的磁传感器类型及其应用。

　　【MR 传感器元件】

　　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效应是电阻随磁场变化而变化的现象。这种效应发生在磁性物料(例如铁、镍或钴)中。

　　在理解MR 效应之前需要先了解电子自旋，以及洛伦兹力如何利用电子电荷起作用。

　　当电子在铁磁物料(具有一定磁性的物料)中运动时，电子的自旋发生波动，(电子)在磁性物料中的散射概率就会上升或下降。这就是导致 MR 效应的原因。

　　电子有两个重要参数：电荷和自旋。它们具有相同的负电荷，但电子自旋有两种：向上自旋和向下自旋。1922年通过实验验证了电子自旋，并确认了电子具有电子角动量和磁矩特征。

　　当电子通过导电物料时，它们会发生散射(电子散射)。电子散射是物料中的静电导致电子偏离其正常轨迹的现象。

　　洛伦兹力是一种当导电物料中的移动带电粒子(电子)暴露于磁场时所起作用的力。它影响所有带电粒子并且不依赖于电子自旋。

　　【AMR 传感器元件】

　　1856年，William Thomson通过观察放置于外部磁场中的铁磁物料，发现了各向异性磁阻效应(AMR效应)。

　　当铁磁物料中的磁化方向与电流平行时，电子轨道就会垂直于电流，从而产生最大电阻。这增加了依赖于自旋的散射，导致电阻上升。

　　当磁化方向垂直于电流时，电子轨道就会与电流平行，减少了依赖于自旋的散射，并产生最小电阻。

　　由磁场状态引起的电阻变化率称为磁阻比率(MR比率)。AMR 传感器元件的 MR 比率约为 5%。AMR传感器元件由于结构简单，常用于磁性开关和旋转传感器。