感知“利”器:扭转式MEMS磁场传感器

本文摘要:磁传感器是一类少见的传感器件,普遍应用于航空航天、地质勘探、消费电子以及汽车工业等领域。据麦姆斯咨询数据,2016年,全球磁传感器市场规模为16.4亿美元,未来几年将以每年8%的速度快速增长,预计2022年将快速增长至到26亿美元。

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磁传感器是一类少见的传感器件,普遍应用于航空航天、地质勘探、消费电子以及汽车工业等领域。据麦姆斯咨询数据,2016年,全球磁传感器市场规模为16.4亿美元,未来几年将以每年8%的速度快速增长,预计2022年将快速增长至到26亿美元。

2016~2022年磁传感器市场预测(出处《磁传感器市场与技术-2017版》)目前主要的磁传感技术根据工作原理的有所不同,还包括霍尔、AMR(各向异性磁阻传感器)、GMR(巨磁阻)、TMR(隧道磁电阻)、磁通门、磁感应(MagnetoInductive)、超导量子干涉仪(SQUID)等。按技术原理分类的磁传感器市场(出处《磁传感器市场与技术-2017版》)超导量子干预器件(SQUID)是迄今为止最灵敏的磁传感器,其分辨率可超过几个fT,此类传感器一般用作生物神经磁信号的测量,信号强度一般在pT或者更加较低的量级。但是,它的功耗较小(几瓦特),必须工作在低温环境中,且不易受到外界电磁干扰的影响,为此必须简单的测量设备。

霍尔传感器具备成本低,可靠性低,线性度好等优点,一般用作速度与方位传感,电压电流测量等场合。霍尔传感器零稍输入相当大,且易受温度影响,因此必须温度补偿电路。磁通门传感器一般用来观测直流或低频很弱磁场,但是磁芯和线圈的制作工艺简单,难以构建,并且功耗和体积较小。

AMR传感器灵敏度大约为半导体霍尔效应的100倍,常用于很弱磁场的测量,且脆弱单元可对传感器切向磁场号召,不同于霍尔传感器不能对法向的磁场号召,使其需要应用于霍尔传感器无法用于的场合。但是,AMR传感器在几个mT磁场下就不会饱和状态,并且必须简单的废黜程序。

GMR传感器的分辨率与AMR传感器的分辨率相似,但它的飘移和灵敏度不受温度的影响比AMR传感器要大,此外,在强磁场(大约1T)下器件不会再次发生永久性的损毁。为了符合磁场传感器发展对小型化,低成本,低功耗以及高灵敏度的拒绝,近些年研究人员明确提出了基于MEMS(Microelectromechanicalsystems)技术的磁场传感器。目前,此类器件主要是利用洛仑兹力原理,首先在器件内制作挽回式的谐振结构,然后在谐振结构上制作通电线圈,器件工作时在线圈中产生与谐振结构谐振频率完全相同的交流电流,当有外部磁场不存在时会受到洛伦兹力的起到从而鼓舞谐振结构正处于谐振状态,然后通过光学式,电容式,压阻式等检测方法测量谐振结构的偏移,进而获得被测磁场的大小。与其他类型的传感器比起,MEMS磁场传感器具备体积小,轻巧,成本低等显著优点,但是,为了取得较高的灵敏度,就必需减小线圈中的电流,如此一来之后减少了器件的功耗,另外,功耗的减小不会带给温度的增高,从而影响器件稳定性。

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此外,大偏移下器件还不会呈现显著的非线性。


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