磁場測量在工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，在磁場的脈沖量，開關(guān)量以及線性量的測量中，使用最為廣泛的是霍爾傳感器，由于其較低的品種繁多的產(chǎn)品以及較低的成本，使得霍爾傳感器在磁場測量領(lǐng)域具有較高的地位。隨著巨磁電阻（GMR）傳感器的成功研制，其優(yōu)越的性能越來越受到人們的關(guān)注，使得GMR傳感器在傳統(tǒng)的磁場測量領(lǐng)域占據(jù)了一席之地。
在磁場測量領(lǐng)域，線性量的測量對磁傳感器性能具有比較高的要求。磁傳感器的測量范圍，響應(yīng)頻率，靈敏度以及溫度適應(yīng)性等一系列性能指標(biāo)都對磁場的測量具有較大的影響。
相比其他磁傳感器，GMR傳感器具有較寬的磁場測量范圍，較高的響應(yīng)頻率和靈敏度以及較強(qiáng)的溫度適應(yīng)性，在磁場線性測量領(lǐng)域具有較為明顯的優(yōu)勢。
物質(zhì)在一定磁場下電阻改變的現(xiàn)象，稱為磁阻效應(yīng)。磁性金屬和合金材料一般都有這種現(xiàn)象，巨磁阻傳感器就是基于這一原理而應(yīng)用于生活中。
巨磁阻效應(yīng)
所謂磁阻效應(yīng)是 指導(dǎo)體或半導(dǎo)體在磁場作用下其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象，巨磁阻效應(yīng)在1988年由彼得?格林貝格（Peter Grünberg）和艾爾伯?費(fèi)爾（Albert Fert）分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn)，他們因此共同獲得2007年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。研究發(fā)現(xiàn)在磁性多層膜如Fe/Cr和Co/Cu中，鐵磁性層被納米級厚度的非磁性材 料分隔開來。在特定條件下，電阻率減小的幅度相當(dāng)大，比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻值約高10余倍，這一現(xiàn)象稱為“巨磁阻效應(yīng)”。
巨磁阻效應(yīng)可以用量子力學(xué)解釋，每一個(gè)電子都能夠自旋，電子的散射率取決于自旋方向和磁性材料的磁化方向。自旋方向和磁性材料磁化方向相同，則 電子散射率就低，穿過磁性層的電子就多，從而呈現(xiàn)低阻抗。反之當(dāng)自旋方向和磁性材料磁化方向相反時(shí)，電子散射率高，因而穿過磁性層的電子較少，此時(shí)呈現(xiàn)高 阻抗。
如圖1所示，兩側(cè)藍(lán)色層代表磁性材料薄膜層，中間橘色層代表非磁性材料薄膜層。綠色箭頭代表磁性材料磁化方向，灰色箭頭代表電子自旋方向，黑色 箭頭代表電子散射。左圖表示兩層磁性材料磁化方向相同，當(dāng)一束自旋方向與磁性材料磁化方向都相同的電子通過時(shí)，電子較容易通過兩層磁性材料，因而呈現(xiàn)低阻 抗。而右圖表示兩層磁性材料磁化方向相反，當(dāng)一束自旋方向與第一層磁性材料磁化方向相同的電子通過時(shí)，電子較容易通過，但較難通過第二層磁化方向與電子自 旋方向相反的磁性材料，因而呈現(xiàn)高阻抗。
圖1 巨磁阻效應(yīng)示意圖
巨磁阻電流傳感器原理圖解
物質(zhì)的電阻率在磁場中會(huì)產(chǎn)生輕微變化。這種現(xiàn)象叫磁阻效應(yīng)（AMR）。某些條件下物質(zhì)電阻率會(huì)隨磁場產(chǎn)生較大變化稱作巨磁阻效應(yīng)（GMR）。GMR可以比AMR大一個(gè)數(shù)量級的靈敏度。巨磁阻效應(yīng)是一種量子力學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)現(xiàn)象，是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時(shí)較之無外磁場作用時(shí)存在巨大變化的現(xiàn)象?；谶@個(gè)效應(yīng)的傳感器就是巨磁阻傳感器。
巨磁阻電流傳感器原理圖