巨磁阻电流传感器原理图解

磁场
测量
在工业领域具有广泛的应用，在磁场的脉冲量，
开关
量以及线性量的测量中，使用最为广泛的是霍尔
传感器
，由于其较低的品种繁多的产品以及较低的成本，使得霍尔传感器在磁场测量领域具有较高的地位。随着巨磁
电阻
（GMR）传感器的成功研制，其优越的性能越来越受到人们的关注，使得GMR传感器在传统的磁场测量领域占据了一席之地。

在磁场测量领域，线性量的测量对
磁传感器
性能具有比较高的要求。磁传感器的测量范围，响应频率，灵敏度以及温度适应性等一系列性能指标都对磁场的测量具有较大的影响。

相比其他磁传感器，GMR传感器具有较宽的磁场测量范围，较高的响应频率和灵敏度以及较强的温度适应性，在磁场线性测量领域具有较为明显的优势。

物质在一定磁场下电阻改变的现象，称为磁阻效应。磁性金属和合金材料一般都有这种现象，巨磁阻传感器就是基于这一原理而应用于生活中。

巨磁阻效应

所谓磁阻效应是 指导体或半导体在磁场作用下其电阻值发生变化的现象，巨磁阻效应在1988年由彼得•格林贝格（Pe
te
r Grünberg）和艾尔伯•费尔（Albert Fert）分别独立发现，他们因此共同获得2007年诺贝尔物理学奖。研究发现在磁性多层膜如Fe/Cr和Co/Cu中，铁磁性层被纳米级厚度的非磁性材 料分隔开来。在特定条件下，电阻率减小的幅度相当大，比通常磁性金属与合金材料的磁电阻值约高10余倍，这一现象称为“巨磁阻效应”。

巨磁阻效应可以用量子力学解释，每一个电子都能够自旋，电子的散射率取决于自旋方向和磁性材料的磁化方向。自旋方向和磁性材料磁化方向相同，则 电子散射率就低，穿过磁性层的电子就多，从而呈现低
阻抗
。反之当自旋方向和磁性材料磁化方向相反时，电子散射率高，因而穿过磁性层的电子较少，此时呈现高 阻抗。

如图1所示，两侧蓝色层代表磁性材料薄膜层，中间橘色层代表非磁性材料薄膜层。绿色箭头代表磁性材料磁化方向，灰色箭头代表电子自旋方向，黑色 箭头代表电子散射。左图表示两层磁性材料磁化方向相同，当一束自旋方向与磁性材料磁化方向都相同的电子通过时，电子较容易通过两层磁性材料，因而呈现低阻 抗。而右图表示两层磁性材料磁化方向相反，当一束自旋方向与第一层磁性材料磁化方向相同的电子通过时，电子较容易通过，但较难通过第二层磁化方向与电子自 旋方向相反的磁性材料，因而呈现高阻抗。

图1 巨磁阻效应示意图

巨磁阻
电流传感器
原理图解

物质的电阻率在磁场中会产生轻微变化。这种现象叫磁阻效应（AMR）。某些条件下物质电阻率会随磁场产生较大变化称作巨磁阻效应（GMR）。GMR可以比AMR大一个数量级的灵敏度。巨磁阻效应是一种量子力学和凝聚态物理学现象，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。基于这个效应的传感器就是巨磁阻传感器。

巨磁阻
电流
传感器原理图