磁场传感器的应用及市场调研报告

Ø磁场传感器的简单介绍

1）磁场传感器

磁场传感器是可以将各种磁场及其变化的量转变成电信号输出的装置。自然界和人类社会生活的许多地方都存在磁场或与磁场相关的信息。利用人工设置的永久磁体产生的磁场， 可作为许多种信息的载体。因此，探测、采集、存储、转换、复现和监控各种磁场和磁场中承载的各种信息的任务，自然就落在磁场传感器身上。在当今的信息社会中，磁场传感器已成为信息技术和信息产业中不可缺少的基础元件。目前，人们已研制出利用各种物理、化学和生物效应的磁场传感器，并已在科研、生产和社会生活的各个方面得到广泛应用，承担起探究种种信息的任务。早先的磁场传感器，是伴随测磁仪器的进步而逐步发展的。在众多的测磁方法中，大都将磁场信息变成电讯号进行测量。在测磁仪器中“探头”或“取样装置”就是磁场传感器。随着信息产业、工业自动化、交通运输、电力电子技术、办公自动化、家用电器、医疗仪器等等的飞速发展和电子计算机应用的普及，需用大量的传感器将需进行测量和控制的非电参量，转换成可与计算机兼容的讯号，作为它们的输入讯号，这就给磁场传感器的快速发展提供了机会，形成了相当可观的磁场传感器产业。

2）磁场传感器分类介绍

a.薄膜磁致电阻传感器

　　铁磁性物质在磁化过程中，它的电阻值沿磁化方向将增加，并达到饱和的现象称 为磁阻效应。薄膜磁阻元件是利用薄膜工艺和微细加工技术，将NiPe。NiCo合金用真空蒸镇或溯射工艺沉积到硅片或铁氧体基片上，通过微细加工技术制成 一定形状的磁咀图形，形成三端式、四端式以及多端式器件。BMber结构桥式电路磁阻元件具有灵敏度高、工作频率特性好、温度稳定性好、结构简单、体积小 等特点。可制成高密度磁咀磁头、磁性编码器、磁阻位移传感器、磁阻电流传感器等。

b.磁阻敏感器

　　物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钻、镍及其合金等强磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内磁化方向时，此类金属的电阻值将减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。

电涡流式传感器

　　近年来，国内外正发展—对建立在电涡流效应原理上的传感器，即电涡流式传感 器。这种传感器不但具有测量线性范围大、灵敏度高、结构简单、抗干扰能力强、不受油污等介质的影响等优点，而且又具有无损、非接触测量的特点，目前正广泛 地应用于工业各部门中的位移、尺寸、厚度、振动、转速h压力、电导率、温度、波面等测量，以及探测全属材料和加工件表面裂纹及缺陷。

c.磁性液体加速度传感器

　　磁性液体作为一种新型的纳米功能材料，一经问世便走到科学技术发展的前沿，目前科学家们已经将这种新型功能材料应用到广阔的领域中。以此为基础的磁性液体传感器技术也引起了国际技术领域广泛的关注。

d.磁性液体水平传感器

磁性液体传感器的研究与应用起源于美国。早在1983年美国新墨西哥州阿尔 帕克基应用技术公司就与美国空军签订了合同，美国新墨西哥州阿尔帕克基应用技术公司便开始研制基于磁性液体动力学原理（MHD）的主动式和被动式传感器。 磁性液体传感器应用领域很广，既可以应用到民用上，也可以应用到军工上，有其它传感器所代替不了的功能，正因如此，国外比较早的意识到开发磁性液体传感器 的意义，并且已开始了研究和生产，并将该种传感器应用到航空、航天、宇航站等尖端军事领域。美国、法国、德国、俄罗斯、日本和罗马尼亚等国家已开始利用磁 性液体来制作各种传感器。磁性液体水平传感器对控制机器人工作状态，使太阳能栅板保持朝向太阳，使抛物天线持续朝向通讯系统中的人造卫星等方面有着重要的 应用。目前国外已研制出单轴、双轴、三轴等类型的磁性液体水平传感器，而我国有关磁性液体传感器的研究尚处于实验和探索阶段。

Ø磁场传感器的应用

1）汽车

汽车中应用的磁传感器数量越来越多，是磁传感器最大的市场，占据了磁传感应用市场大约70%以上的份额。它在汽车中主要被用于车速、倾角、角度、距离、接近、位置等参数检测以及导航、定位等方面的应用，比如车速测量、踏板位置、变速箱位置、电机旋转、助力扭矩测量、曲轴位置、倾角测量、电子导航、防抱死检测、泊车定位等等。

图1 应用磁传感器在现代汽车

2）消费类电子产品

主要应用：

a）移动电话

b）家用电器：洗衣机

c）个人电子产品：移动硬盘

d）游戏产品：电子玩具、电子罗盘等等

开关检测洗衣机或者冰箱的门是否关上了，手机、笔记本是否合上盖子，数码相机镜头是否关上（节省电）。

洗衣机——必须具备正反转和高低速旋转的功能，这就要用MR（磁致电阻效应）或霍尔元件检测和控制电动机的转速和方向

。

iPhone2——指南针功能，感测地磁，将这种地磁感应电子化、数字化，称为数字指南针（Digital Compass）。数字指南针技术比较偏玩具性，因为用来感测地磁的磁阻传感器很容易受环境影响（如高压电塔旁、马达旁），必须时时校正才有用。

图2 iPhone4 中的指南针

GMR 磁头——1998 年美国IBM 开始采用GMR 磁头量产3.5 英寸台式计算机硬盘，东芝也开始供给配备该磁头的2.5 英寸笔记本计算机硬盘样品。GMR 磁头的读取效率比当时主流的MR 磁头高2～5 倍。最初曾以为利用这种优势，能和过去相同使面记录密度的增长

率维持在每年60％。然而，投入使用后才发现远非如此，达到了令人吃惊的100％。换句话说，100％的年增长率等于5 年增长约100 倍。考虑到60％的年增长率相当于 5 年增长10倍的速度，由此可知提高幅度异常显著。巨磁阻技术已经成为全世界几乎所有电脑、数码相机、MP3 播放器的标准技术，2007 年获获贝尔物理学奖。

3）工业智能控制和自动化

数控机床、机器人、工厂自动化相关设备的位置检测，传输速度控制、磁盘、打印机、通信设备的旋转量的检测控制中，编码器是不可少的组成部件，市场年增长率为20%~30%。使用MR 元件、霍尔元件和半导体磁敏电阻元件信号读出的磁编码器，检测的对象是光磁图形，不受油污、粉尘的影响，因此比最先进的光编码器的可靠性高、寿命长，尤其适合于自动焊接，钢铁位置检测，以及各种金属、木材、塑料等加工行业的应用，在传统行业改造中发挥重要作用。

Ø市场数据

1） 数据

表1 iSuppli 公司预测磁传感器市场和出货量

2）汽车

   汽车中应用的磁传感器数量越来越多，是磁传感器最大的市场，占据了磁传感应用市场大约70%以上的份额。据iSuppli 分析师RichardDixon 分析，仅在汽车车身应用方面，一辆车使用的磁性传感器与开关平均数量，就将从2008 年的6.7 颗，增加到2013 年的9.4 颗。中国汽车市场在2009 年逆市增长，产销量超过千万台，这无疑对推动磁传感器的发展起到了很大的促进作用。微开半导体公司中国市场相关负责人告诉记者，2009 年和2010 年霍尔传感器在汽车市场确实增长很快，他们对2011 年霍尔传感器在汽车市场的发展也非常

看好。

3）手机

据市调机构iSuppli 的研究报告，仅用于手机的MEMS 数字罗盘市场将从2008 年的800万件增长到2013 年的5.4 亿件，年复合增长率（CAGR）高达129%。在此期间，手机数字罗盘元件的收入将从800 万美元增长到3.25 亿美元，年复合增长率（CAGR）高达110%。

表2 用于手机的MEMS 数字罗盘市场（iSuppli 的研究报告）

Ø主要制造商

美国Honeywell 公司、Asahi Kasei Microsystems(日本旭化成电子材料元件株式会社)、日本东芝、美国Allegro Microsystems、德国Micronas（微开半导体）日本SONY 公司都是磁场传感器芯片的主要供货商。微磁传感器的发展在国内还相对落后很多。国外公司在磁传感器方面已申请多项专利，形成对我国MEMS 磁传感器发展的专利壁垒。

1）美新

美新公司开发的新型MEMS 磁性传感器，性能达到并部分超过国际先进水平，打破了国际跨国大公司的技术壁垒，填补国内空白。同时项目的实施将大大提高我国MEMS 技术发展，增加电子信息产品国际竞争力。

美新磁传感器元件根据磁阻原理设计，属于AMR（各项异性磁阻）类型，有MMC212× MN和MMC314× MS 两类产品，分别为双轴型和三轴型的。应用领域: 电子罗盘、GPS 导航、机动车探测、方向识别等。

美新自主开发三轴磁传感器封装技术。传统IC 封装工艺以表面贴装为主，无法满足传感器在Z 方向的磁场感应。美新设计了新型三轴传感器封装工艺，在柔性基板表面对多芯片进行倒装焊，之后将Z 轴折弯至竖直，使得美新三轴磁传感器能够有效探测X、Y、Z 三个方向的磁场变化。新型磁传感器采用低成本的塑封结构，市场定位于消费类电子产品，具有很强的价格优势。

2）Asahi Kasei Microsystems（日本旭化成电子材料元件株式会社）

霍尔元件。

市场分布：移动电话、数码相机和笔记本电脑方面主导市场AKM 在研制用于便携式设备的电子指南针方面居于全世界领先的地位。该公司生产的AK8970，作为世界首创的用于移动电话的三轴电子指南针，于2003 财政年度开始批量投放市场。这种型号和后来的AK8970N，已在全世界用于生产超过15 种型号的电话。2007 年3 月19 日，成功地完成了AK8973S 的研制，是世界上最小最薄的三轴电子指南针，封装件只有2.5 x 2.5 x 0.5 毫米，相当于一块芯片那么小。之所以有可能把尺寸做得这么小，是因为把硅单片霍尔元件与放大器和逻辑电路都做在单片芯片上面。据预计，AK8973S 数码接口的用途包括移动电话的行人导航系统，个人导航装置，以及电视游戏控制器的动作输入装置。

3）Allegro Microsystems—美国

霍尔元件。

主要产品就两类：电源管理集成电路和霍尔效应传感器IC。

服务于汽车、通讯、计算机/办公自动化、消费和工业市场中的高增长应用。市场上消费类电子（个人电脑、笔记本或者数码相机）中使用的廉价的开关使用的磁传感器基本都是有AKM 和Allegro Microsystems 两家提供的。

面向汽车市场，Allegro 可编程线性传感器系列新增一员（A1386 等），旨在为需要尽对定位感应的应用提供灵活、高度精确的定位。该器件凭借其双操纵模式(正常模式及低功耗模式)的特点在市场中别具一格。在正常操纵模式下，Allegro 的A1386 作为带有成比例输

出的高度精确、用户可编程线性传感器运行。在低功耗模式下，器件实际上断开一些内部组件以降低功耗。在降低功耗时，器件的精确度也有所降低，但仍可作为地区指示器(旋转环形磁体的北极或南极)。

4）Micronas（微开半导体）

Micronas 是德国公司，是一家主要为工业电子以及汽车行业消费者提供先进的专业化半导体服务的独立供应商。主要供应霍尔器件、微控制器和气体检测传感器，其中霍尔器件中包括开关、线性、角度、电流四类传感器。其产品将霍尔元件和IC 高度集成，同时供应

可编程和不可编程的两类。

Hall880——2008 年，推出可编程线性Hall 传感器，Hall880 是对Micronas 公司推出的可编程线性霍尔传感器Hall 8xy 系列产品的一个补充。Hall880 采用数字技术，能够提供卓越的传感器性能，同时提供一个线性模拟输出，并能与现有的传感器设计兼容。由于Hall880是基于Micronas 公司霍尔效应传感器的建筑模块，因此系统设计者以往运用Hall 8xy 系列产品进行设计时的诀窍，在新设计中依然适用。因此设计人员不用花多少钱，就可以建立自定义校准传感器组件。采用DSP 进行线性化监测，因此能弥补传感器由于工作温度、磁场强度、磁温度、霍尔板的灵敏度和偏移电压而引起传感器准确性变化的缺点。

5）Honeywell（霍尼韦尔）

根据磁阻原理设计，属于AMR（各项异性磁阻）类型。主要应用于：汽车、手机、便携式GPS、罗盘。

有一类产品是把磁阻传感器和MEMS 加速度传感器集成在一个IC 中，现在它已经被大量应用。还有一类集成度更高的产品，是把陀螺仪、加速度和磁阻三种传感器集成在一起，三者在功能上互相辅助，构成了功能更强大的惯性导航产品。

意法半导体 20## 年1 月15 日推出一款MEMS 数字罗盘模块LSM303DLH。其内部集成了一个3 轴数字加速计和一个3 轴数字磁感应计，并采用了霍尼韦尔公司的各向异性磁阻（AMR）。作用：适用于先进导航功能以及智能定位服务。该模块可提供准确的前行信息，

当没有GPS 信号时，可指示行人或汽车正在行进的方向。此外，还支持航位推测应用算法，例如，在没有GPS 信号或强度很弱的高楼大厦内或森林茂密的山区，为行人提供导航功能。消费者把配备罗盘和GPS 功能的手机指向附近的设施，就可以识别和检索相关目标的信息，如餐厅或商场等。

第二篇：电阻式传感器的应用与市场调研报告.

西安电科技大学

机电工程学院

与市场调研

成 员： 魏 超 刘 灵 敏 专业班级： 04115024 指导教师： 电阻式传感器的应用

目录

1 .引言………………………………………………………………

2.电阻式传感器的原理与应用…………………………………….

3.电阻式传感器的市场调研………………………………………

4.心得体会………………………………………………………….

电阻式传感器应用与市场调研报告

引言：

传感器在测控领域的应用非常重要，作为一名测控专业的学生有责任和义务学习和了解传感器。传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受( 或响应) 与检出功能, 并使之按照一定规律转换与之对应有用输出信号的元器件或装置。传感器的类型很多，主要分为温度传感器、电阻式传感器、霍尔传感器、超声波传感器、光电传感器、电涡流传感器、光纤传感器这几类。其中电阻式传感器就是利用非电学量（如力、位移、加速度、角速度、温度、光照强度等）的变化，引起电路中电阻的变化，从而把不易测量的非电学量转化为电学量，便于测量，且可以输入计算机进行处理，做这种用途的电阻称为电阻式传感器。如利用金属的电阻率随温度变化而制作的电阻温度计，利用半导体特性制作的光敏电阻，热敏电阻等。这次我们就是主要针对于电阻式传感器的应用和市场前景做了详细的调查。

一、 电阻应变式传感器的应用：

电阻式传感器种类繁多，应用广泛，电阻式传感器就是利用非电学量（如力、位移、加速度、角速度、温度、光照强度等）的变化，引起电路中电阻的变化，从而把不易测量的非电学量转化为电学量，便于测量，且可以输入计算机进行处理，做这种用途的电阻称为电阻式传感器。大致分为电阻应变式、压阻式、热电阻式、磁电式、光敏电阻式。如将应变片粘贴于被测构件上，直接用来测定构件的应变和应力。例如，研究或验证机械、桥梁、建筑等某些构件在工作状态下的应力、变形情况。或将应变片贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成应变式传感器。这种传感器常用来测量力、位移、加速度等物理参数。要想应用好电阻式传感器就要先了解它的优缺点。一方面，电阻式传感器具有结构简单、输出精度较高、线性和稳定性好等特点。另一方面，它受环境条件如温度等影响较大，有分辨率不高等不足之处。

电阻式传感器和相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、加速度、扭矩等测量仪表是冶金、电力、交通、石化、商业、生物医学和国防等部门进行自动称重、过程检测和实现生产过程自动化不可缺少的工具之一。如今电阻应变式传感器广泛应用于仪器仪表、汽车、冶金、矿业、化工、机械、港口码头及公路货站等行业可以说大到国防建设小到日常生活的方方面面，可以说电阻应变片已经完全融入了我们的生活中，例如我们平时使用的触摸式屏幕就广泛采用这种传感器。

电阻式传感器在实际应用中主要有以下几类：（1）电位器式传感器：电位器式传感器是一种把机械的线位移或角位移输入量转换为和它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件。成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件。（2）应变片式传感器：应变式传感器的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生

机械变形时，它的电阻值相应发生变化。（3）气敏和湿敏电阻传感器：气敏和湿敏电阻传感器是一种把气体中的特定成分或水蒸气检测出来造成半导体阻值变化的电阻传感器。

① 称重行业中的应用

电阻传感器应用的所有行业中，占其总量最大就是称重行业。称重行业的发展离不开电阻传感器的在其中的巨大应用。最新的称重仪器中应用比较先进的就是数字式称重。数字式传感器系统是在传统电阻应变式传感器基础上，结合现代微电子技术、微型计算机技术集成而发展起来的一种新型电子称重技术数字式传感器相比旧式机械地磅有比较突出的优势：

首先，数字式传感器采集数据快调试简便高效、适应现场能力强、稳定性高。其次，保密性好，具有防作弊功能，能有效防止遥控器作弊，一旦发现就会自动采取出错报警，有力保障了数据的安全性与准确性。

其次，由于数字式传感器具有自动采集预处理、存贮和记忆功能，并具有唯一标记，多只传感器并联组秤后可分别检查每个传感器的状态，便于故障诊断。 ② 高速公路管理系统中的应用：

高速公路是现代化的标志，然而高速公路的造价是比较昂贵的，一旦损坏维修也是比较困难和影响较大的，因此对行驶于高速公路的车辆国外都给予载重量的一定限制，以保护高速公路路面，延长使用寿命。特别是当载货卡车超重时增加了路面单位面积的承受压力，超载将导致路面严重的疲劳和凹陷，同时由于大部分的交通事故都是由于汽车超载引起的。为此有必要对行驶高速公路上的汽车进行重量检测。正是公路和桥梁高昂的维修费和惨剧的事故一次一次的重演，促进了行驶中称重设备的迅速发展。在高速公路的入口处建造载重检测支路，当载重卡车驶过动态称重桥时，称重传感器和电子称即自行检查判断，同时给出信号控制交通信号灯。数字式电子汽车秤以其优越的性能被广泛的应用的公路上。

以马鞍山中衡联电气有限公司生产的最新的数字式电子汽车秤为例，它能对温度系数、非线性、滞后和蠕变等进行自动数字化补偿，它运用了多个重传感器能对动态进行测量。该秤可以准确高效的测出汽车的重量，限制超载违规车辆行驶，保证车辆安全运行，保证公路畅通。同时，又保证公路路面，延长公路使用寿命。虽说该秤有很多优点但也有一些缺点：不能工作在湿度比较大的地方。由于它的面积比较大需要占据比较大的地方，对于高速公路来说会增加一些修建的成本。

二、电阻式传感器的市场调研：

我国的电阻式传感器技术相较西方国家还有一定的差距，自八十年代中期我国引进国外生产技术以来，电阻式传感器的产品质量和数量都有很大提高，据推测19xx年，电阻式传感器的产量在550～600万片左右，其中传感器用片(特别是称重传感器用片)约占65％ ～75％，一般应力分析用片占25％ ～31％，而特殊用应变计不足1％。电阻式传感器是一种利用电阻应变效应，由电阻应变片和

弹性敏感元件组成的传感器，主要作用是实现应变—电阻的变换。根据敏感元件材料的不同分金属电阻应变片和半导体应变片。电阻式传感器的优势也是非常明显的,它的测量精度高，动态响应好，使用简单，体积小,所以电阻式传感器被广泛应用于压力，位移，转矩，加速度等物理量的测量中。

之前提过，电阻式传感器在称重行业中的应用十分广泛，好多称重器件如电子称等都用到了电阻式传感器。根据市场调查得到的数据显示:电阻式传感器以PT100系列最为普遍，其型号也多种多样，价格从几块到几百不等。而用于称重的普通电阻式传感器质量好一点的一般是几十块钱如型号为BF350系列的传感器中一款用于称重范围在10到40Kg的传感器卖到48元。

纵观目前国内外的应变计市场，应变片今后的发展呈现以下几种倾向：

(1)普通应变片逐渐向高精度、使用方便快捷省力的方向发展。

(2)传感器用应变片要求多功能、高稳定性。

(3)特殊环境用应变片的多样化及稳定性的提高。

三、心得体会：

传感器的种类多，功能丰富，仅仅是电阻式传感器一类就在我们的日常生产生活中起到了如此重要的作用，所以作为测控专业的学生我们在扎实学号现有传感器技术的基础上，再探索出传感器更多样的功能。

现代技术突飞猛进为测控技术的发展提供了坚强的后盾。所以为适应科技的发展，传感器的发展趋势不外乎分为两个方面：一是提高与改善传感器的技术性能，二是寻找新原理、新材料、新工艺及新功能等。

随着科技的进步，人们对自然认识的不断进步，了解更多的物理效应、化学效应，并利用这些效应发展出新型的传感器，所以传感器的发展趋势重在应用、改善性能以及开发新材料、新型传感器。

通过本次调研，让我们加深了对电阻式传感器的认识和了解，同时在调研过程中也很多收获。首先，在学习传感器只是前必须把原理搞清楚，认真学习，同时深刻理解，锻炼了我们分析和解决问题的能力。其次，我们的基本理论都是应用所学知识，让我们深刻认识理论与实践相结合的重要性以及理论与实践存在的差异性，了解自身的不足，知识是否学会并能自主运用。也让我们学会采用不同的途径查询所需资料，并认真学习，更加加深对知识的理解。本次调研过后，我们巩固了传感器的有关知识，受益匪浅。能够运用资料，网络学习传感器相关的知识,对以后的工作有很大的帮助。