MEMS磁通门传感器的应用及研究进展

每日传感器介绍：

FM1A H00系列是芯森基于磁通门技术研发的高精度闭环霍尔电流传感器，具有极低的零点失调电流、极高的精度、非常小的温漂、优异的线性度。典型应用包括交流变频调速、伺服电机、不间断电源（UPS）、开关电源（SMPS）、直流电机驱动的静止式变流器、电焊机电源、电池管理、风能变频器、测试和测量设备。本产品额定电流覆盖0-200A；正常工作温度范围：-40℃~85 ℃；典型精度误差：0.02%；线性度：0.005%；响应时间：0.5μs，供电电压为±15V，如需详细规格书请联系芯森。

MEMS磁通门传感器是一项充满前景的技术，其研究涵盖了微型结构设计、工艺设计、磁通门材料、信号分析与处理等多个领域。随着加工工艺的不断进步，制作方式从早期硅微加工工艺、PCB工艺，发展到如今的MEMS工艺，研究者们已经实现了线圈的微型化和磁芯的集成。如何进一步将磁通门传感器微型化、提高微型化磁通门的性能，是磁通门研究者们不断追求的目标。

在工艺技术研究方面，Chiesi等人于2000年首次利用完整的CMOS工艺制作了微型磁通门传感器，此后，Choi等人于2006年将双轴磁通门传感器集成到芯片上，扩大了MEMS磁通门传感器的应用领域。

在结构研究方面，研究者们通过优化磁芯的拓扑结构、增加磁芯长度等方式，降低了磁通门的功耗，提高了灵敏度。例如，吕辉等人于2017年采用多孔结构对铁芯进行优化，降低了磁通门的功耗；而Szewczyk等人于2020年通过仿真证实了磁芯长度的增加显著降低了退磁因子，提高了磁通门传感器的灵敏度。

在MEMS磁通门领域中，正交型磁通门的发展尤为值得关注。正交型磁通门结构简单、功耗低，同时具有较好的灵敏度，这些特点使得其成为MEMS领域的热门研究对象。例如，Tobias Heimfarth于2018年在原有MEMS正交磁通门的基础上增设了激励电流的直流偏置，研究证明了正交磁通门基本模型（FMOF）的可行性。

MEMS磁通门传感器兼具传统磁通门鲁棒性好、灵敏度高、噪声低的特点和MEMS工艺带来的小型化、集成度高、匹配性好的优点，因而是探测小型设备产生的微弱磁场或被小型设备搭载探测外磁场的一个优秀新方案。例如，Ramona等于2010年实现了使用跑道型单轴微型磁通门传感器测量机器人关节的角度位置，满足并行机器人高级实时工作空间监控的需求；Luoma等于2020年将MEMS磁通门与无人驾驶飞机结合进行地球物理勘探和环境检测，产生了具有强边缘特征和消磁信号的高分辨率地图。

此外，MEMS磁通门传感器可以在常温工作，无需与磁场源保持一定距离，使用主动驱动，低频噪声低，是探测生物磁场的一个有利选择。例如，Trigona等于2019年利用MEMS柔性RTD磁通门对神经退行患者大脑的特定位置所积累的铁磁物质进行实时探测，与现有其他磁探测相比，该传感器的功耗更低、体积更小、空间分辨率更高。

另外，美国航天局于2015年启动的“磁层多尺度任务”航天器项目成功搭载了模拟磁通门和deltasigma磁通门磁强计，并集成了奥地利IWF格拉茨开发的定制专用集成电路，有效解决了传统磁通门因体积重量无法装载于此类航天器的问题，为太空探测提供了一些新思路。

综上所述，MEMS磁通门传感器具有广泛的应用前景。未来，该领域的研究将致力于进一步优化传感器的结构、制作工艺、材料以及电路匹配等方面，以实现更高的灵敏度、更低的噪声、更好的结构适配度以及更高的集成度。目前基于MEMS工艺的二维磁通门传感器技术已经相当成熟，相信随着MEMS技术的发展，可集成的MEMS三轴磁通门传感器亦将为时不远。

关于我们：天津芯森电子科技有限公司坐落于天津市宝坻区京津中关村科技城，是一家专业从事电流、电压传感器研发、生产、销售和服务为一体的国家高新技术企业。公司霍尔及磁通门技术电流、电压传感器主要对标瑞士LEM集团，德国VAC，日本Tamura，美国Allegro和Honeywell等国际厂家产品。根据客户需求，自主研发了系列电流、电压传感器。电流传感器测量范围从5mA到5000A，电压传感器从10V到6400V，广泛应用于光伏，风能，储能、新能源汽车、充电桩和工控设备等领域。

审核编辑：汤梓红