三、磁效應(yīng)

　　磁傳感器是把磁場、電流、應(yīng)力應(yīng)變、溫度、光等外界因素引起敏感元件磁性能變化轉(zhuǎn)換成電信號，以這種方式來檢測相應(yīng)物理量的器件。

　　其被廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)和電子產(chǎn)品中以感應(yīng)磁場強(qiáng)度來測量電流、位置、方向等物理參數(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)中，有許多不同類型的傳感器用于測量磁場和其他參數(shù)。

　　（1）霍爾電流傳感器

　　霍爾效應(yīng)（Hall effect）是指當(dāng)固體導(dǎo)體（或者半導(dǎo)體）放置在一個磁場內(nèi)，且有電流通過時，導(dǎo)體內(nèi)的電荷載子受到洛倫茲力而偏向一邊，繼而產(chǎn)生電壓（霍爾電壓）的現(xiàn)象。

　　式中nq為電荷密度，d為導(dǎo)體的厚度。

　　Hall器件是一種采用半導(dǎo)體材料制成的磁電轉(zhuǎn)換器件。如果在輸入端通入控制電流，當(dāng)有一磁場B穿過該器件感磁面，則在輸出端出現(xiàn)霍爾電勢。

　　通過測量霍爾電勢的大小間接測量載流導(dǎo)體電流的大小。因此，電流傳感器經(jīng)過了電－磁－電的絕緣隔離轉(zhuǎn)換。

　　圖 4 霍爾電流傳感器基本原理圖

　�。�2）磁通門電流傳感器

　　磁通門電流傳感器具有超高的測量精度和良好的溫度穩(wěn)定性。但是其容易受到激勵源帶來的外界磁場的干擾。Guillermo等人采用激勵繞組差分的形式，從而減小激勵源帶來的外界磁場的干擾。由于變壓器效應(yīng)，高頻激勵源會耦合到反饋繞組中對傳感器產(chǎn)生噪聲干擾。為了降低內(nèi)外部磁場造成的干擾，傳感器可以使用額外的磁芯和額外的電感線圈。

　　圖 5 磁通門傳感器基本原理

　　基本磁通門傳感器，信號線圈在 P 端輸出的電壓信號如下：

　�。�3）巨磁阻傳感器

　　基于巨磁阻效應(yīng)的傳感器其感應(yīng)材料主要有三層：即參考層（Reference Layer或Pinned Layer），普通層（Normal Layer）和自由層（Free Layer）。

　　GMR傳感器基于巨磁電阻效應(yīng)，即在外磁場的作用下傳感器電阻會發(fā)生的變化。當(dāng)磁場正向?yàn)榱銜r，磁阻材料的電阻；在磁場正向或負(fù)向增大時，磁阻材料的電阻都減小。

　　從巨磁電阻GMR被發(fā)現(xiàn)以來，各應(yīng)用已處于開發(fā)及實(shí)用化階段，其首先在硬盤磁頭上成功實(shí)現(xiàn)商品化，除直接測量磁場外，在電流、位移、線速度和加速度等物理量的測量也得到應(yīng)用。

　　圖 6 巨磁阻傳感器結(jié)構(gòu)

　　巨磁阻電流傳感器具有廣闊的應(yīng)用前景。其與傳統(tǒng)電磁式電流互感器相比，能夠測量直流到高頻（MHz量級）的電流信號，尤其是它能夠測量直流電流，這對于直流輸電系統(tǒng)中換流站中直流的監(jiān)測極為有利。

　　四、結(jié)語

　　不同方式的測量性能各有優(yōu)缺點(diǎn)，除了電流變壓器和羅氏線圈無法直接測量直流電流之外，其他測量方法都能夠測量直流電流；Trace 電阻和電感電阻測量電流的方法并未在測量電路直接接入分流電阻，因此對待測量電路的影響相對較��；磁通門是目前測量精度的測量技術(shù)，且提供電氣隔離和低能量損失等一些優(yōu)點(diǎn)。