磁传感器是把磁场、电流、应力应变、温度、光等外界因素引起敏感元件磁性能变化转换成电信号，以这种方式来检测相应物理量的器件。

其被广泛用于现代工业和电子产品中以感应磁场强度来测量电流、位置、方向等物理参数。在现有技术中，有许多不同类型的传感器用于测量磁场和其他参数。

（1）霍尔电流传感器

霍尔效应（Hall effect）是指当固体导体（或者半导体）放置在一个磁场内，且有电流通过时，导体内的电荷载子受到洛伦兹力而偏向一边，继而产生电压（霍尔电压）的现象。

式中nq为电荷密度，d为导体的厚度。

Hall器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控制电流，当有一磁场B穿过该器件感磁面，则在输出端出现霍尔电势。

通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此，电流传感器经过了电－磁－电的绝缘隔离转换。

图 4 霍尔电流传感器基本原理图

（2）磁通门电流传感器

磁通门电流传感器具有超高的测量和良好的温度稳定性。但是其容易受到激励源带来的外界磁场的干扰。Guillermo等人采用激励绕组差分的形式，从而减小激励源带来的外界磁场的干扰。由于变压器效应，高频激励源会耦合到反馈绕组中对传感器产生噪声干扰。为了降低内外部磁场造成的干扰，传感器可以使用额外的磁芯和额外的电感线圈。

图 5 磁通门传感器基本原理

基本磁通门传感器，信号线圈在 P 端输出的电压信号如下：

（3）巨磁阻传感器

基于巨磁阻效应的传感器其感应材料主要有三层：即参考层（Reference Layer或Pinned Layer），普通层（Normal Layer）和自由层（Free Layer）。

GMR传感器基于巨磁电阻效应，即在外磁场的作用下传感器电阻会发生的变化。当磁场正向为零时，磁阻材料的电阻；在磁场正向或负向增大时，磁阻材料的电阻都减小。

从巨磁电阻GMR被发现以来，各应用已处于开发及实用化阶段，其首先在硬盘磁头上成功实现商品化，除直接测量磁场外，在电流、位移、线速度和加速度等物理量的测量也得到应用。

图 6  巨磁阻传感器结构

巨磁阻电流传感器具有广阔的应用前景。其与传统电磁式电流互感器相比，能够测量直流到高频（MHz量级）的电流信号，尤其是它能够测量直流电流，这对于直流输电系统中换流站中直流的监测极为有利。

四、结语

不同方式的测量性能各有优缺点，除了电流变压器和罗氏线圈无法直接测量直流电流之外，其他测量方法都能够测量直流电流；Trace 电阻和电感电阻测量电流的方法并未在测量电路直接接入分流电阻，因此对待测量电路的影响相对较小；磁通门是目前测量的测量技术，且提供电气隔离和低能量损失等一些优点。