综述：磁阻传感器在电流检测中的发展和应用
2026-06-20 14:54:05 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
该文章全面综述了磁阻传感器的发展历程与基本原理，涵盖各向异性磁阻（AMR）传感器、巨磁阻（GMR）传感器和隧道磁阻（TMR）传感器。此外，文中还探讨了磁阻传感器在电流检测中的应用。最后，该文分析了磁阻传感器在电流检测过程中面临的挑战与问题，并展望了未来的发展趋势。
智能化、可持续、安全与高效是未来电网的发展方向。借助先进的传感与测量技术，对电力系统中电压、电流和功率等关键设备参数进行实时监测与控制，是实现电网智能化的关键基石。精准量化电流对于确保设备正常运行、提升工作效率以及保障电力系统的安全性和完整性至关重要。
据麦姆斯咨询报道，中国科学院大学陈嘉民研究员和中国科学院空天信息创新研究院金珍虎副研究员等人在《清华大学学报自然科学版（英文版）》（Tsinghua Science and Technology）期刊上发表了题为“Development and Application of Magnetoresistive Sensors in Current Detection”的综述文章。该文章全面综述了磁阻传感器的发展历程与基本原理，涵盖各向异性磁阻（AMR）传感器、巨磁阻（GMR）传感器和隧道磁阻（TMR）传感器。此外，文中还探讨了磁阻传感器在电流检测中的应用。最后，该文章分析了磁阻传感器在电流检测过程中面临的挑战与问题，并展望了未来的发展趋势。
磁阻传感器在电流检测中的应用场景
磁阻传感器的发展历史与基本原理
磁阻传感器极大地推动了传感技术领域的发展，根据不同的磁阻效应可分为三种类型：AMR、GMR和TMR。这些磁阻传感器因其紧凑的尺寸、低功耗、高灵敏度和优异的集成能力而比传统传感器更受欢迎。
AMR效应最初由著名的英国科学家William Thomson于1857年发现。该效应是指铁磁材料的电阻率随着磁化强度和磁化与电流方向之间的角度的变化而变化。AMR传感器的工作原理如下图所示。
AMR传感器的原理图及输出特性曲线
德国物理学家Peter Grünberg和法国物理学家Albert Fert分别于1988年和1989年在研究Fe/Cr多层膜结构时独立发现了GMR效应。GMR效应是指铁磁材料（包括铁、钴和镍）在施加磁场时，其电阻率会发生显著变化。GMR效应的结构与工作原理如下图所示。
GMR传感器的原理图及输出特性曲线
1975年，Jullier在研究铁-铬-钴的电导率时发现了TMR效应。TMR效应基于自旋依赖的隧穿现象。磁隧道结（MTJ）的一般结构呈“三明治”构型，包括铁磁层、非磁绝缘层和铁磁层（FM/I/FM）。磁阻取决于两个铁磁层之间的磁化方向，隧道结的电阻会随着该方向的变化而变化。TMR效应的结构和原理如下图所示。
TMR传感器的原理图及输出特性曲线
电流检测应用
磁阻传感器已被广泛应用于电力系统中的电流监测，涵盖智能电网中的电路、发电机、变电站和配电网架构。通过监测电流，可以准确评估电力系统设备的运行状态，并及时纠正任何异常情况。
浪涌保护装置漏电流测量示意图
磁阻传感器已被应用于电动汽车的电流检测。通过检测电流，可以控制电动汽车的功率输出，从而提高能源利用效率。此外，这些传感器可用于电动汽车的电流传感器校准，以确保电流测量的准确性和精度。此外，磁阻传感器也适用于监测电动汽车充电站的充电状态。
用于电动汽车无线充电的多用途TMR传感器矩阵概念图
磁阻传感器在工业自动化中的电流检测应用具有重要意义。它们能够实现设备状态监测、故障诊断、安全保护等功能，从而提升工业自动化系统的可靠性和安全性。随着新能源技术的发展，磁阻传感器在太阳能和风力发电系统中用于电流监测与控制的应用日益增多。此外，磁阻传感器还应用于医疗设备的电流检测，包括心电图仪和血压计等。
发展趋势
随着半导体技术的持续进步，磁阻传感器正朝着微型化、集成化和智能化方向不断发展。磁阻传感器的未来发展在很大程度上取决于新材料和新工艺的应用。这些新材料和新工艺具有广泛的应用前景，使其成为磁阻传感器未来发展的核心。磁流体技术的进步为器件制造带来了希望。随着线性磁阻（LMR）传感器、磁阻抗（MI）传感器和巨磁阻抗（GMI）传感器等新兴磁阻技术的发展，弱电流检测问题有望得到解决。磁阻传感器未来的发展方向包括多功能集成、安全与隐私保护、微型化、低功耗以及智能化和自适应特性。
论文信息：DOI: 10.26599/TST.2024.9010234
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