隨著科技飛速發(fā)展，微弱磁場的精準(zhǔn)測量已成為諸多領(lǐng)域的核心需求。基于磁阻效應(yīng)的測量技術(shù)憑借優(yōu)異的磁學(xué)特性，在地磁導(dǎo)航、生物磁學(xué)、工業(yè)無損檢測等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。該類磁場傳感器具備體積小巧、響應(yīng)迅速、成本低廉等優(yōu)勢，為微弱磁場檢測工作提供了可靠支撐。
據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，針對該領(lǐng)域研究，成都信息工程大學(xué)的研究人員在《成都信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)》期刊上發(fā)表了題為“基于磁阻效應(yīng)的微弱磁場測量”的文章，闡述了基于磁阻效應(yīng)的微弱磁場測量技術(shù)原理、實(shí)施方法和多元應(yīng)用，并對該技術(shù)的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。
磁阻效應(yīng)的基本原理
磁阻效應(yīng)是指材料在外加磁場作用下，電阻率發(fā)生改變的物理現(xiàn)象。按照效應(yīng)類型劃分，主要分為巨磁阻（GMR）、隧道磁阻（TMR）、各向異性磁阻（AMR）三類。基于上述效應(yīng)的傳感器具備高靈敏度、高分辨率的特性，可精準(zhǔn)捕捉微弱磁場的變化，在弱磁檢測領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。
磁阻傳感器利用磁阻效應(yīng)工作，外加磁場會使磁性材料的電阻率發(fā)生微小變化，AMR傳感器是典型代表。該類傳感器制備階段會施加外磁場，在坡莫合金薄膜上形成易磁化軸。由于AMR傳感器的輸出電壓與磁場強(qiáng)度呈線性正比關(guān)系，因此可借助檢測電橋的輸出電壓，推算出外界磁場大小，最終實(shí)現(xiàn)微弱磁場的高精度測量。
微弱磁場測量實(shí)施方法
在實(shí)驗(yàn)初始階段，需要構(gòu)建一套穩(wěn)定的交直流微弱磁場測量裝置，利用磁阻傳感器實(shí)時(shí)捕捉磁場信號，并結(jié)合傅里葉變換完成數(shù)據(jù)解析。經(jīng)過多輪交直流磁場標(biāo)定測試，研究人員驗(yàn)證了該裝置的有效性與實(shí)用性。該裝置測量精度高、響應(yīng)速度快，且結(jié)構(gòu)緊湊，可集成至各類儀器設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部電流所產(chǎn)生磁場的實(shí)時(shí)監(jiān)測，有效提升設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性與使用便捷性。目前該裝置受材料與制造成本偏高的制約，應(yīng)用范圍有限。后續(xù)可通過優(yōu)化電路設(shè)計(jì)、選用低成本材料、簡化生產(chǎn)流程等方式控制成本，提升產(chǎn)品市場競爭力，拓展應(yīng)用場景。
圖1 磁場測量系統(tǒng)硬件連接圖
磁阻效應(yīng)測量技術(shù)的發(fā)展趨勢
展望未來，磁阻效應(yīng)測量技術(shù)正朝著高靈敏度、低功耗及多功能、智能化方向加速演進(jìn)，其在環(huán)境適應(yīng)性和可靠性方面也將持續(xù)進(jìn)步。
（1）高靈敏度、低功耗與集成化
隨著微電子、納米技術(shù)不斷發(fā)展，行業(yè)對磁阻檢測設(shè)備的靈敏度與功耗指標(biāo)提出了更高要求。科研人員持續(xù)研發(fā)鐵磁性半導(dǎo)體、多層磁性薄膜等高磁阻比新型材料與新型器件結(jié)構(gòu)，以此提升傳感器檢測靈敏度。同時(shí)，集成電路技術(shù)可將信號處理、參數(shù)校準(zhǔn)等功能集成至傳感器內(nèi)部，減少對外接電路的依賴，簡化系統(tǒng)架構(gòu)并降低功耗。MEMS微加工技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步推動傳感器小型化發(fā)展，拓展其在便攜式、可穿戴設(shè)備中的應(yīng)用場景。
（2）多功能與智能化
在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）與人工智能（AI）技術(shù)的深度融合下，磁阻傳感器打破單一磁場檢測的功能局限，逐步具備數(shù)據(jù)處理、智能決策能力。未來可在傳感器內(nèi)部嵌入自適應(yīng)濾波、模式識別、機(jī)器學(xué)習(xí)等智能算法，提升數(shù)據(jù)處理效率與檢測精度。同時(shí)，該類傳感器有望實(shí)現(xiàn)多參數(shù)一體化檢測，在測量磁場的同時(shí)，同步采集溫度、壓力、加速度等物理量，為智能家居、工業(yè)自動化、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域提供全方位數(shù)據(jù)支撐。
（3）環(huán)境適應(yīng)性與可靠性提升
面對極端溫度、濕度、振動和電磁干擾等復(fù)雜環(huán)境，科研人員正通過耐高溫材料、優(yōu)化封裝技術(shù)和抗干擾電路設(shè)計(jì)提升傳感器穩(wěn)定性。此外，工藝控制和質(zhì)量管理也有助于保證傳感器制造一致性和長期穩(wěn)定性。隨著可靠性要求不斷提高，故障預(yù)測與健康管理（PHM）技術(shù)也逐漸融入磁阻傳感器，可實(shí)現(xiàn)傳感器狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)測性維護(hù)，延長使用壽命并降低維護(hù)成本。
論文信息：
DOI: 10.16836/j.cnki.jcuit.2026.03.018
