磁強(qiáng)計(jì)是如何定義的？磁強(qiáng)計(jì)有哪些分類？

磁強(qiáng)計(jì)(Magnetic Field Sensor)也稱磁場(chǎng)傳感器（Magnetometer），是一種測(cè)量環(huán)境磁感應(yīng)強(qiáng)度與方向的傳感器。目前主要的 MEMS 磁強(qiáng)計(jì)包括磁阻式磁強(qiáng)計(jì)、磁通門(mén)式磁強(qiáng)計(jì)、霍爾效應(yīng)式磁強(qiáng)計(jì)、隧道效應(yīng)式磁強(qiáng)計(jì)和諧振式洛倫茲力磁強(qiáng)計(jì)等。

磁通門(mén)式磁強(qiáng)計(jì)包含一個(gè)高磁導(dǎo)率的軟磁材料制成的鐵芯。在同時(shí)受到交變和恒定兩種磁場(chǎng)作用情況下，纏繞在鐵芯上的檢測(cè)線圈感生的電壓中含有偶次諧波分量，特別是二次諧波；諧波電壓與磁場(chǎng)強(qiáng)度正相關(guān)，所以可以通過(guò)測(cè)量檢測(cè)線圈的諧波電壓來(lái)檢測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度。

霍爾效應(yīng)式磁強(qiáng)計(jì)是基于霍爾效應(yīng)進(jìn)行測(cè)量的。將一個(gè)導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中并通電，磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體中的電子會(huì)產(chǎn)生一個(gè)橫向作用力，從而在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電壓差，測(cè)量該電壓差，即可得到待測(cè)磁場(chǎng)的強(qiáng)度?；魻栃?yīng)式磁強(qiáng)計(jì)具有探頭體積小、靈敏度高、線性度好等特點(diǎn)。

磁阻式磁強(qiáng)計(jì)有半導(dǎo)體磁阻式和薄膜磁阻式兩種類型。半導(dǎo)體磁阻式磁強(qiáng)計(jì)是用Insb 或 GaAs 等材料制作而成的測(cè)量磁場(chǎng)大小和方向的傳感器，它是利用半導(dǎo)體材料在磁場(chǎng)作用下電阻發(fā)生變化這一特性工作的。而薄膜磁阻式磁強(qiáng)計(jì)的核心結(jié)構(gòu)是用 NiFe 或 NiCo 合金制作的，利用薄膜磁阻材料的各向異性磁阻效應(yīng)工作。

隧道效應(yīng)式磁強(qiáng)計(jì)具有深腔結(jié)構(gòu)，腔內(nèi)有薄膜和硅尖。利用靜電力將薄膜拉至與硅尖 1nm 的距離，在偏置電壓的作用下，薄膜與硅尖之間會(huì)產(chǎn)生微安級(jí)隧道電流。而薄膜上具有線圈結(jié)構(gòu)，其中通有交流電，在待測(cè)磁場(chǎng)作用下，線圈中會(huì)產(chǎn)生洛倫茲力使薄膜上下振動(dòng)。當(dāng)薄膜和硅尖之間的距離隨著薄膜的振動(dòng)而變化時(shí)，遂穿電流值也將隨之變化，通過(guò)測(cè)量此電流的變化，便能夠獲得外界磁場(chǎng)強(qiáng)度。

諧振式洛倫茲力磁強(qiáng)計(jì)結(jié)構(gòu)上具有激勵(lì)線圈。通入交流電流的激勵(lì)線圈在磁場(chǎng)中受到交變的洛倫茲力作用，從而使結(jié)構(gòu)處于諧振狀態(tài)，測(cè)量結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅度的大小可以間接獲得外界磁場(chǎng)強(qiáng)度。當(dāng)電流頻率與扭梁的固有振蕩頻率一致時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生諧振，此時(shí)輸出振幅達(dá)到最大值，并且與外界磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例。多數(shù)的洛倫茲力磁強(qiáng)計(jì)通過(guò)壓阻或電容檢測(cè)方法來(lái)測(cè)量振幅。由于 MEMS 諧振結(jié)構(gòu)具有較高的Q值，因此該磁強(qiáng)計(jì)的靈敏度較高。而且，此類磁強(qiáng)計(jì)不需要磁性材料，加工工藝過(guò)程較為簡(jiǎn)單，成品率相對(duì)較高。

磁場(chǎng)探測(cè)是 MEMS 傳感領(lǐng)域的重要方向之一。近年來(lái)，隨著原子磁強(qiáng)計(jì)等新概念的出現(xiàn)和發(fā)展，推動(dòng)著相關(guān) MEMS 磁強(qiáng)計(jì)技術(shù)的不斷進(jìn)步；同時(shí)， MEMS微加工方法使得磁強(qiáng)計(jì)的體積大大減小，成本也降低許多，使其具有了更廣闊的應(yīng)用前景。

審核編輯：劉清