磁场传感器

国内外现状

　　在国外，由于磁场传感器已逐渐被广泛而大量地使用，有许多企业竞相研制和生产，形成一定规模的磁场传感器产业。霍尔器件是半导体磁场传感器中最成熟和产量的产品。旭化成(InSb霍尔元件)、Honeywell、A11egro(原称Sprague)、ITT、Semens(霍尔电路)等均已大量生产。Philips、Honeywell、Sony、IBM等已大量生产了金届膜磁敏电阻器及集成电路。TDK、Sony、Matsusbita、Tosbiba等巳批量生产非晶磁头等非晶金属磁场传感器。还有LEM、Honeywell、F.W．Bell、NaNa等公司生产厂各种用途和量程的电流、电压传感器和其它类型的磁场传感器组件，这些磁场传感器都巳得到广泛的应用。

　　国内，除南京中旭微电子公司可大量生产霍尔集成电路、营口华光传感元件厂可批量生产薄膜磁阻器件、西南应用磁学研究所可批量生产威根德器件外，其余各类也有研制和小批量生产。据方芳预测：1995年，国内有41家企业生产磁场传感器，总产量为2780万只.其中，霍尔器件1730万只，结型磁敏元件90万只，磁电阻元件850万只，威根德元件110万只.虽然其余各种磁场传感器都有厂、所、校在进行研制，品种基本齐全，但仍末形成规模化产业。

分类介绍

　　薄膜磁致电阻传感器

　　铁磁性物质在磁化过程中，它的电阻值沿磁化方向将增加，并达到饱和的现象称为磁阻效应。薄膜磁阻元件是利用薄膜工艺和微细加工技术，将NiPe。NiCo合金用真空蒸镇或溯射工艺沉积到硅片或铁氧体基片上，通过微细加工技术制成一定形状的磁咀图形，形成三端式、四端式以及多端式器件。BMber结构桥式电路磁阻元件具有灵敏度高、工作频率特性好、温度稳定性好、结构简单、体积小等特点。可制成高密度磁咀磁头、磁性编码器、磁阻位移传感器、磁阻电流传感器等。

　　磁阻敏感器

　　物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钻、镍及其合金等强磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内磁化方向时，此类金属的电阻值将减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。

　　电涡流式传感器

　　近年来，国内外正发展—对建立在电涡流效应原理上的传感器，即电涡流式传感器。这种传感器不但具有测量线性范围大、灵敏度高、结构简单、抗干扰能力强、不受油污等介质的影响等优点，而且又具有无损、非接触测量的特点，目前正广泛地应用于工业各部门中的位移、尺寸、厚度、振动、转速h压力、电导率、温度、波面等测量，以及探测全属材料和加工件表面裂纹及缺陷。

　　磁性液体加速度传感器

　　磁性液体作为一种新型的纳米功能材料，一经问世便走到科学技术发展的前沿，目前科学家们已经将这种新型功能材料应用到广阔的领域中。以此为基础的磁性液体传感器技术也引起了国际技术领域广泛的关注。

　　磁性液体水平传感器

　　磁性液体传感器的研究与应用起源于美国。早在1983年美国新墨西哥州阿尔帕克基应用技术公司就与美国空军签订了合同，美国新墨西哥州阿尔帕克基应用技术公司便开始研制基于磁性液体动力学原理（MHD）的主动式和被动式传感器。磁性液体传感器应用领域很广，既可以应用到民用上，也可以应用到军工上，有其它传感器所代替不了的功能，正因如此，国外比较早的意识到开发磁性液体传感器的意义，并且已开始了研究和生产，并将该种传感器应用到航空、航天、宇航站等军事领域。美国、法国、德国、俄罗斯、日本和罗马尼亚等国家已开始利用磁性液体来制作各种传感器。磁性液体水平传感器对控制机器人工作状态，使太阳能栅板保持朝向太阳，使抛物天线持续朝向通讯系统中的人造卫星等方面有着重要的应用。目前国外已研制出单轴、双轴、三轴等类型的磁性液体水平传感器，而我国有关磁性液体传感器的研究尚处于实验和探索阶段。

产业性应用

　　磁场传感器已经在许多领域获得了产业性的应用，每年所需用的磁场传感器的总数量以十亿计。仅就日本电子工业振兴协会1992年的统计，1992年共用磁场传感器11．08亿只，其中，64％为霍尔器件，主要用于无刷直流电机，32％为磁头，其余的4％用于其它领域。所用的各种磁场传感器的数量在各类传感器中居于首位。

　　电  机

　　无刷电机具有体积小、重量轻、效率高、调速方便、维护少、寿命长、不产生电磁干扰等一系列优点，年需求量数以亿计。据统计，日本1989年无刷电机的年产量已超过1．6亿台。

　　在无刷电机中，用磁场传感器来作转子磁极位置传感器和定子电枢电流换向器。许多磁场传感器，如霍尔器件、威根德器件、磁阻器件等都可以使用，但目前大量使用的，主要是霍尔器件。1992年，由泡特公司研制的大功率直流无刷电机问世，功率可达200kW以上。

　　电机的转速检测和控制用的旋转编码器，过去多用光编码器。磁编码器的使用显示出越来越多的优点，正在逐渐取代光器件。1990年日本的磁编码器的年销售额已逾250亿日元。使用磁场传感器还可以对电机进行过载保护(目前主要用霍尔电流传感器)和对电机进行转矩检测。

　　电力电子技术

　　电力电子技术是电力技术和电子技术的结合，可实现交直流电流的互相变换，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。(交流变频器用于电机调速，节能效果极瘩)；这些变流装置的核心，是大功率半导体器件。以磁场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精合，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。使用变流技术可以大量节能，目前国外使用的电能95％是经过变换来使用的，国内变流技术已受到高度重视，但仅5％的电能经过变换，有巨大的应用前景。此中，可能吸纳大量的电流传感器，是磁场传感器的又一巨大的产业性应用领域。

　　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，都可用以磁场传感器为基础的电流传感器，互感器等来实施。目前霍尔电流传感器已逐步在电网系统中得到应用。用霍尔器件作成的电度表已从研制逐步转向实用化.用它们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。

　　磁信息读写

　　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、钞票的磁记等等，对磁信息存储和读出传感器提出了巨大的需求。日本1992年使用的磁头就巳超过3亿只。目前，感应头，薄膜磁阻头，非晶磁头等都获得了大量的使用.随着记录密度的提高，例如高到100G字节，需要更高灵敏度和空间分辨力的磁头。以多层金属薄膜为基础的巨磁阻头、用非晶合金丝制作的非晶合金头、巨磁阻抗头等正展开激烈的竞争。

　　信息产业还给非晶MancMcci效应的新型文字图形输入装置(Tablet)提供厂广阔的应用前景。IBM预计，在2000年前，个人机的主力机种是笔输入个人机(Pen—Pc)，并宣布要开发这种机型，将传统的个人机的键盘除去。将有透明感的Tablet面紧靠在液晶电极面上作输入装置，用励碰笔进行文字图形输入，MattEMc么效应非晶TaNet被认为是Tablet的选择.

　　汽车工业

　　在汽车中，使用大量的电机(汽车每辆约需40—60台电机，一般汽车中也有15台，这些电机也呈现出元刷化的趋势)，其中使用磁场传感器的数量之大，自不待言。

　　第二个大量使用磁场传感器的汽车装置，是汽车的AE曙(防抱制动系统)。平均每台车要使用4—6只速度传感器、目前使用的主要是感应式速度传感器.新型的霍尔齿轮传感器在逐步推广，此外，威氏器件、非晶器件、磁阻器件等均可能进入这一领域.

　　第三是汽车发动机系统点火定时用的速度传感器及点火器.目前，这些方面也主要使用感应传感器。霍尔齿轮传感器和霍尔翼片开关已经在一些车型中使用.据霍尼威尔公司报导、截止1996年6月、他们已向汽车工业供应了8000万只霍尔冀片开关和3凹万只霍尔齿轮速度传感器。据预测，未来在一辆汽车中，可用30多只像霍尔传感器那样的磁场传感器。

　　工业自动控制、机器人、办公自动化、家用电器及各种安全系统等

　　在这些领域中、除大量使用无刷直流电机，交流变频器等之外、在电冰箱、空调器、电饭堡等装置中，使用了大量的磁性温度控制器，在80年代中期已经超过亿只。

产业的发展

　　一个产品要被大量而长久的使用，必须有优良的性能／价格比。产品的性能稳定和成本下降，只有实现厂规模化的生产才能达到。要大量被采用，需要大量生产去保证供应，大量生产又可保证质量的稳定和成本下降，增强产品的竞争力，二者是相辅相成的。

　　南京中旭微电子有限公司生产的霍尔集成电路、在实现规模生产前、1993年单位成本还高达5元／只以上．在国内外没有竞争力。当产量上升到100万只/月时成本降到1元／只左右，具备了竞争能力。在产量达到300万只／月之后，一只开关霍尔电路的价格已和一只普通中功率晶体管相近，具有较强的竞争能力，进入了国际市场。

　　综合起来，可以看出，要实现产业化的生产，首先必须有产业化的应用市场，同时，传感器生产者应具有可满足市场需求的产品，而且，产品的性能／价格比必须能和相同的或具有同样功能参数的产品竞争。在分析国外磁场传感器的产业状况的发现，国外生产磁场传感器的一些的企业，大都是知名大企业中的—‘个组成部份或和大的生产终端产品的企业有着紧密联系的企业。例如IBM、东芝、索尼、松下、Siemens Akt、Honeywell、Akkegro等等.在这些企业中,起码有两点明显的优势：一是研制—生产—使用的紧密结合；另一个就是一旦要迅速扩大生产时、可调动巨大的经济实力给予支持，使产品能占领市场。

　　从这些情况中可以看到，这些传感器生产厂是面向广阔的产业性应用市场，背靠实力强大的企业集团，可用它们的传感器产品去实现，丰富甚至形成终端产品的特色，而又从终端产品那里获得广阔的市场.

　　我国的传感器生产大都在中、小企业中进行，比较分散、且技术经济实力较弱。差不多是有了传感器产品之后再来寻找市场，一旦有厂大量的需求时，又无力迅速扩产，失去占领市场的良机.

　　在目前条件下，有远见、有实力的终端产品集团，可以从自身的利益出发，考虑去联合、重组、兼并、购买一些小企业，利用它们现有的力量并加以充实、和自己的产品一道去占领这些有吸引力的市场。