AMR、磁敏二極管、霍爾傳感器等，能實現對磁場方向或強度的探測，但存在局限性。近日，西安交通大學研究課題組最新設計了一種新型磁場傳感器，可打破相關局限。一起來看看吧！

磁場傳感器，是用于探測磁場強度或其變化，并將其轉換成電信號輸出的傳感器裝置。基于磁場傳感器，我們能夠開發多種傳感功能，包括電流、功率、位置、距離、速度、角度等，在工業制造、精密測量、國防與航空、醫療、地理等領域已獲得廣泛應用。其中，磁場角度傳感器在航空航天、衛星姿態調整、航海導航、GPS定位、飛機導航等領域有巨大的應用需求。

目前，現有的磁場角度傳感器，如AMR、磁敏二極管、霍爾傳感器、磁通門磁強計等，能實現對磁場方向或強度的探測，但存在局限性。例如，AMR磁場角度傳感器測量精度低，需要配套的校準算法；磁通門磁強計體積較大，成本高；磁敏二極管的靈敏度低，信號輸出大約僅有0.05 mV/Oe，需要匹配信號放大等模塊。

因此，開發高精度、低成本、信號強度大、驅動方式簡單的磁場角度傳感器，已成為傳感器領域的重要研究方向。

近日，西安交通大學電子科學與工程學院劉明教授課題組設計了一種基于“磁扭電”效應的新型磁場傳感器。該成果相關文章發表于國際頂級期刊IEEE Transactions on Industrial Electronics，并申請國家發明專利一項。 ??

據了解，該傳感器采用了一種全新的力-電耦合結構，可將磁扭矩轉化成應力，并施加在壓電材料上，實現了磁場作用下電信號的輸出。

據介紹，該器件的結構通過有限元仿真軟件優化后，可有效去除干擾信號，顯著提高輸出信號的純度；同時，力-電耦合結構可顯著改善輸出信號對探測方向的敏感性。理論上，磁敏感方向與非敏感方向的輸出信號強度比值可以為“無窮大”倍。

基于“磁扭電”效應，開發了可用于二維平面磁場大小和方向探測的磁電羅盤，該傳感器可同時測量面內交流磁場的強度和方向，強度精度為0.01 Oe（約為地磁場大小的1/50——1/60），方向的角度精度為±0.2°，解決了如何同時高精度地測量磁場的強度和方向這個難點問題，在工業設備的磁場測定、校準、監測中具有重大的應用前景。

此外，該器件是一種理想的無源器件，無需供電、無需偏置磁場、無需校正算法、無需信號放大模塊，驅動簡單，幾乎無能耗，精度高，靈敏度高（輸出可達到幾十到幾百mV/Oe），結構強度高，工作頻率范圍廣（幾Hz到幾百Hz），成本優勢明顯，有望在工業生產、國計民生、電力系統、物聯網等領域獲得大規模應用。

據悉，劉明教授的“磁電耦合功能材料團隊”長期從事磁電復合材料及器件應用的研究，在可調微波濾波器、柔性磁場傳感器、磁阻傳感器（AMR、TMR、GMR）、自旋電子器件等應用方面取得一系列進展，團隊開發的磁電傳感器在電網取能（能量回收）、低頻磁電天線、磁場探測、電表的電流傳感等領域具有重大的應用潛力。

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