综述：AMR磁传感器在电流检测领域的研究进展

来源：MEMS

目前主流磁传感器主要包括霍尔（Hall）传感器、巨磁阻（GMR）传感器、隧道磁阻（TMR）传感器、巨磁阻抗（GMI）传感器、各向异性磁阻（AMR）传感器。每种类型的磁传感器都基于不同的物理原理，展现出特定的性能优势与适用场景。其中，AMR传感器凭借其结构紧凑、响应速度快、功耗低和制造成本低等优势，成为近年来电流检测领域的研究热点。

图1 磁阻效应相关的磁传感器技术发展历程

据麦姆斯咨询报道，针对该领域研究，广西师范大学杨真副教授团队在《微纳电子技术》期刊上发表了题为“AMR传感器在电流检测领域的研究进展”的综述文章，介绍了AMR传感器应用于电流检测的工作原理，梳理了基于AMR传感器的电流检测方案，总结了其在智能电网、工业自动化等方面的研究进展，并对其未来发展与应用前景进行了展望。

AMR电流传感器的工作原理

磁阻效应是指在外加磁场下，部分金属、半导体材料的电阻发生可测变化的物理现象。磁场会改变载流子的运动轨迹，载流子受洛伦兹力发生偏移，进而引发材料电阻改变。各向异性磁阻（AMR）是磁阻效应的特殊类型，本质源于铁磁材料的自旋-轨道耦合，其电阻大小会随电流方向与磁化方向的夹角改变。在线性工作区间内，外磁场可驱动磁矩重新取向，使电阻发生规律性变化，以此实现磁场稳定检测。

开展电流检测时，该类传感器通过感应待测电流产生的磁场，间接解算出电流的大小与方向。为抑制温漂、减小非线性误差，AMR传感器普遍采用惠斯通电桥做差分测量。采集电桥输出的差分电压，即可推导得到被测电流的幅值与方向，完成高精度电流检测。

图2 坡莫合金各向异性磁电阻效应示意图

图3 AMR惠斯通电桥

AMR电流传感检测常见结构

在结构设计上，常见的AMR电流传感器主要分为含聚磁环与无聚磁环两大类。其中，含聚磁环结构包括开环结构和闭环结构；无聚磁环结构则主要包括单轴结构和双轴结构。

开环结构是AMR电流传感器中较基础的形式，通常由磁敏芯片、聚磁铁芯和运算放大器组成，具有结构简单、能耗低、成本优势明显等特点，适合低精度、低成本场合。但由于受到磁芯材料非线性和剩磁效应影响，其线性度和温度稳定性较差，在高精度场景中的适用性受限。闭环结构则是在开环AMR电流传感器基础上引入负反馈补偿机制，以提升系统线性度和响应精度。与开环结构相比，闭环AMR电流传感器在动态响应、温度稳定性和线性范围方面具有明显优势，更适用于电力设备保护、新能源系统和高精度控制等场景。不过，该结构对补偿环路闭环带宽、稳定性设计、磁芯特性和运算放大器性能要求较高。

图4 AMR电流传感器开环结构

图5 AMR电流传感器闭环结构

无聚磁环结构有助于减少磁芯材料带来的非线性误差。单轴磁传感器阵列通常将多个磁阻元件均匀布置在圆周上，并利用安培环路定律计算被测电流。当传感器数量增加时，系统对导线位置偏移和外部磁场的抗干扰能力增强，但同时会带来结构复杂、成本上升、电磁串扰以及传感器一致性偏差等问题。双轴磁传感器阵列则通过多轴输出信息推算导体位置和电流大小，具有定位精确、所需传感器数量较少、结构和电路相对简单等优势，但其计算模式对环境条件要求较高，微小干扰源也可能显著影响计算精度。

图6 无铁芯单轴磁传感器测量方法

图7 双轴磁传感器阵列电流测量方法

AMR传感器在电流检测中的应用

AMR传感器作为一种兼具高灵敏度、宽频带、低功耗与小型化优势的磁场感测元件，已在电流检测领域展现出广阔的应用前景。当前研究表明，AMR传感器不仅能够满足传统工业电流测量对精度和可靠性的需求，更在智能电网、电动汽车、无损检测等新兴场景中提供了稳定、高效的解决方案。尤其在非接触式、微电流、分布式阵列测量等前沿方向，AMR技术表现出独特优势。

图8 带有偏置磁铁的高精度AMR电流传感器

图9 交换偏置各向异性磁阻桥式传感器

图10 用于智能电网应用的AMR三相电流传感器

图11 AMR紧凑型非接触电流传感器在中压电力电子中的应用

研究展望

目前AMR传感器仍存在三大技术难题：一是温漂补偿能力弱、环境适应性不足，极端工况下检测精度与稳定性易受影响；二是导线偏心、空间磁场干扰等问题，难以在低成本系统中实现自主校正；三是高频响应、宽量程方面存在技术瓶颈，制约了其在高速电力电子设备中的应用。

展望未来，AMR传感器的发展将愈发依赖多学科融合与系统集成设计。一方面，利用多层异质结构、纳米磁性膜等新型磁性材料进行结构与性能优化，以获得更高的灵敏度与更强的抗干扰能力；另一方面，结合自适应校准算法，有望赋予AMR传感器智能化、网络化与自主诊断能力。随着材料技术、制造工艺及智能算法的协同演进，AMR电流传感器有望成为下一代高精度、智能化、可集成的电流检测核心技术，其在分布式能源、工业物联网及绿色电力系统中的应用潜力，值得持续研究与挖掘。

深圳市智能传感行业协会是贯彻落实深圳市培育发展“20+8”产业集群及《深圳市培育发展智能传感器产业集群行动计划（2022-2025年）》等相关文件精神，加快推进“一集群一协会”工作，由深圳市工业和信息化局指导，民政局批准成立的非盈利性行业组织。协会现有会员企业近300家，其中上市企业12家，拟上市企业7家，专精特新企业70家（含小巨人17家），单项冠军企业5家，科技独角兽企业（含潜在）5家，涵盖芯片、材料、研发、生产、应用等产业链上下游相关企业。协会也是深圳市“开源鸿蒙/RISC-V”联盟副会长单位，深度参与开源鸿蒙生态建设工作。协会顺应当前产业发展趋势和政策号召，定位于政府的抓手、企业的帮手、创新的推手，发挥纽带和桥梁作用，搭建多元高效科技创新服务体系和产业创新综合服务平台，加速科技创新、成果转化和行业应用；凝聚行业合力，培育产业生态，促进智能传感器产业聚集和高质量发展。

智能传感器专业孵化器由深圳智能传感行业协会联合光明科发集团共同建设运营，位于光明区凤凰广场3栋22-26层，10000平方米。包含500平方“湾区智能传感器产业创新与国际交流中心”，充分整合政策、产业、科研、物业、资金等资源，为企业提供“产品展示+研发办公+投资孵化+行业推广+产业交流”于一体的产业公共服务，打造“创新、创业、创投”优质生态圈，降低企业经营成本，推动产业资源共享、融合创新协同发展。距离凤凰城地铁站仅500米。

点击阅读原文，加入协会！