SQUI讲义D磁敏传感器
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若磁场值固定，则： VH＝KI I
KI——电流灵敏度，电流灵敏度等于霍耳元件在单位磁感应强度下电流对应的霍耳电 势值。
3、额定电流：霍耳元件的允许温升规定着一个最大控制电流。
4、最大输出功率 在霍耳电极间接入负载后，元件的功率输出与负载的大小有关， 当霍耳电极间的内阻R2等于霍耳负载电阻R3时，霍耳输出功率为最大。
势的方向也改变。
霍耳电 但当磁场与电流同时改变方向时，
势并不改变方向。
（三）霍耳磁敏传感器（霍耳器件）
电流极
D
A
B
5.4
2.7
霍耳电极
2.1
s d
w
D
R1 R2
C
A
B
l
0.2 0.3 0.5 （a）
R4 （b）
R4 R3 C
（c）
霍耳器件片
(a)实际结构(mm)；(b)简化结构；(c)等效电路 外形尺寸:6.4×3.1×0.2;有效尺寸：5.4×2.7×0.2
VH=KHBI KH——乘积灵敏度，表示霍耳电势VH与磁感应强度B和控制电流I乘积之间的比值， 通常以mV/(mA·0.1T)。因为霍耳元件的输出电压要由两个输入量的乘积来确定,故称 为乘积灵敏度。
若控制电流值固定，则：
VH＝KBB
KB——磁场灵敏度，通常以额定电流为标准。磁场灵敏度等于霍耳元件通以额定电流时 每单位磁感应强度对应的霍耳电势值。常用于磁场测量等情况。
设 KH=RH / d
VH＝ KH I B
KH—霍耳器件的乘积灵敏度。它与载流材料的物理性质和几何尺寸有关，表示在 单位磁感应强度和单位控制电流时霍耳电势的大小。
若磁感应强度B的方向与霍耳器件的平面法线 夹角为θ时，霍耳电势应为：
第4章 磁敏传感器-PPT课件
0
得
RL
Ro0
1
2019/7/5
传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
3、采用恒压源和输入回路串联电阻 4、采用温度补偿元件(如热敏电阻、电阻丝等)
2019/7/5
传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
2019/7/5
传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
霍尔元件不等位电势 U 0的温度补偿
B=0 欧姆表
2019/7/5
传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
（4）基本特性
UH＝ KH I B
直线性：指霍尔器件的输出电势UH分别和基本参数
I、U、B之间呈线性关系。
灵敏度KH：
乘积灵敏度：
霍尔元件的输出电压要由磁感应强度B和控制电流
I的乘积来确定,表示霍尔电势UH与两者乘积之间的比
值，通常以mV/(mA·0.1T)。
简单、测量精度差、 受外界干扰大
IC VH
I
B
2019/7/5
传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
（2）导线贯穿磁芯法
导磁铁芯
环形铁芯集中磁力线， 提高电流测量精度
（3）绕线法
I
通电导线
• 该电场产生的电场力fE 阻止电子继续偏转。
当fEfl 时，电荷积累 平达 衡到 。
fl e(vB) fEeE
2019/7/5
传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
fle(vB )fEeE
EvBU bHEvBUHbvB
Inebd
U HB bn Ie B dR HId BK H IBRH
2019/7/5
传感器原理及应用
磁敏式传感器.课件
详细描述
新型磁敏材料如稀土永磁材料、铁氧体材料等具有更高 的磁导率和磁感应强度，能够提高传感器的灵敏度和响 应速度。同时，新工艺如薄膜制备、纳米刻蚀等技术的 应用，使得传感器尺寸更小、精度更高。
多功能化与集成化
总结词
磁敏式传感器正朝着多功能化和集成化方向发展，以 满足复杂环境下多参数检测和系统集成的需求。
响应时间
总结词
响应时间是磁敏式传感器对磁场变化做出反应所需的时间。
详细描述
响应时间越短，表示传感器对磁场变化的响应速度越快。在动态测量中，需要选择响应时间较短的传 感器，以确保测量的实时性和准确性。
温度稳定性
总结词
温度稳定性是指磁敏式传感器在温度变化下 保持性能稳定的能力。
详细描述
温度稳定性越高，表示传感器受温度影响越 小，能够保证测量的准确性。在高温或温度 变化较大的环境中，选择温度稳定性较高的 磁敏式传感器尤为重要。
详细描述
多功能化传感器不仅可以检测磁场强度，还可以同时检 测温度、压力、湿度等多种参数。集成化则将多个传感 器单元集成在一个芯片上，实现多参数的同时测量和传 输，提高系统的可靠性和稳定性。
网络化与智能化
总结词
网络化和智能化是磁敏式传感器的未来 发展趋势，将推动传感器在物联网、智 能制造等领域的应用。
电子罗盘
磁敏式传感器可以用于电子罗盘的制造，提供方向信息。
要点二
磁场矢量测量
通过多个磁敏式传感器的组合，可以用于磁场矢量的测量， 常用于地球磁场测量、磁场矢量分析等领域。
06
磁敏式传感器的发展趋势与展望
新材料与新工艺的应用
总结词
随着科技的不断进步，新材料与新工艺在磁敏式传感器 中的应用越来越广泛，为传感器性能的提升和功能拓展 提供了更多可能性。
磁敏传感器概要课件
详细描述
当电流通过一个导体时，如果有一个外部磁场作用在导体上，那么导体的电阻值 会产生变化。利用这个电阻值的变化可以测量外部磁场的大小和方向。磁阻传感 器具有较高的灵敏度和响应速度。
磁致伸缩效应
总结词
磁致伸缩效应是磁敏传感器另一种重要的技术原理，它利用磁场改变材料的长度和体积，从而检测磁场强度和方 向。
以满足不同应用场景的需求。
通过技术创新和规模化生产，实 现成本与性能的最佳平衡，是磁
敏传感器发展的关键。
标准化与互操作性
为了提高磁敏传感器的市场竞争 力，需要制定统一的标准和规范 ，促进产品的互换性和互操作性
。
标准化有助于提高产品质量、降 低生产成本、促进产业升级和技
术创新。
建立磁敏传感器的标准体系，推 动产业协同发展，是未来发展的
随着物联网技术的发展，磁敏 传感器在智能家居、智慧城市 等领域的应用前景广阔。
磁敏传感器在新能源领域的应 用，如风力发电、太阳能逆变 器等，具有巨大的市场潜力。
成本与性能的平衡
降低磁敏传感器的成本是市场推 广的关键，需要优化生产工艺和
降低材料成本。
在追求低成本的同时，需要保证 传感器的性能稳定性和可靠性，
PART 04
磁敏传感器的发展趋势与 挑战
பைடு நூலகம்
技术创新与突破
磁敏传感器技术不断进步，新型材料和工艺的应用提高了传感器的灵敏度和可靠性 。
集成化与微型化成为磁敏传感器的发展趋势，有助于降低成本、减小体积和重量。
磁敏传感器与其他传感器的集成，实现多参数测量，提高了测量精度和可靠性。
应用领域的拓展
磁敏传感器在智能制造、机器 人、航空航天、医疗等领域的 应用逐渐增多。
详细描述
当电流通过一个导体时，如果有一个外部磁场作用在导体上，那么导体的电阻值 会产生变化。利用这个电阻值的变化可以测量外部磁场的大小和方向。磁阻传感 器具有较高的灵敏度和响应速度。
磁致伸缩效应
总结词
磁致伸缩效应是磁敏传感器另一种重要的技术原理，它利用磁场改变材料的长度和体积，从而检测磁场强度和方 向。
以满足不同应用场景的需求。
通过技术创新和规模化生产，实 现成本与性能的最佳平衡，是磁
敏传感器发展的关键。
标准化与互操作性
为了提高磁敏传感器的市场竞争 力，需要制定统一的标准和规范 ，促进产品的互换性和互操作性
。
标准化有助于提高产品质量、降 低生产成本、促进产业升级和技
术创新。
建立磁敏传感器的标准体系，推 动产业协同发展，是未来发展的
随着物联网技术的发展，磁敏 传感器在智能家居、智慧城市 等领域的应用前景广阔。
磁敏传感器在新能源领域的应 用，如风力发电、太阳能逆变 器等，具有巨大的市场潜力。
成本与性能的平衡
降低磁敏传感器的成本是市场推 广的关键，需要优化生产工艺和
降低材料成本。
在追求低成本的同时，需要保证 传感器的性能稳定性和可靠性，
PART 04
磁敏传感器的发展趋势与 挑战
பைடு நூலகம்
技术创新与突破
磁敏传感器技术不断进步，新型材料和工艺的应用提高了传感器的灵敏度和可靠性 。
集成化与微型化成为磁敏传感器的发展趋势，有助于降低成本、减小体积和重量。
磁敏传感器与其他传感器的集成，实现多参数测量，提高了测量精度和可靠性。
应用领域的拓展
磁敏传感器在智能制造、机器 人、航空航天、医疗等领域的 应用逐渐增多。
详细描述
磁敏传感器(讲)课件
磁通门技术
总结词
磁通门技术利用铁磁材料的磁化强度随磁场强度变化的特点 来检测磁场。
详细描述
铁磁材料在磁场中被磁化后，其磁化强度随磁场强度的变化 而变化。通过测量铁磁材料的磁化强度，可以间接地检测磁 场。磁通门技术具有较高的灵敏度和线性度，因此在高精度 磁场测量中得到广泛应用。
隧道效应
总结词
隧道效应是利用电子在两个金属间通过隧道穿透的原理来检测磁场。
磁敏传感器容易受到噪声干扰 ，如电磁干扰、电源波动等， 影响测量精度。
成本较高
相对于一些其他传感器，磁敏 传感器的制造成本较高。
稳定性不足
磁敏传感器的稳定性有待提高 ，需要定期校准和维护。
改进方向
温度补偿技术
研究和发展温度补偿技术，以减小温 度对磁敏传感器的影响。
噪声抑制技术
采用先进的信号处理技术，抑制噪声 干扰，提高测量精度。
常工作。
汽车电子
用于检测车辆的磁场变化，如 发动机点火、车轮转速等，提 高车辆的安全性和稳定性。
环保监测
用于检测环境中的磁场变化， 如气体泄漏、地下水污染等，
保障环境和人类健康。
02
磁敏传感器的原理
霍尔效应
总结词
霍尔效应是磁敏传感器中最常用的一种效应，利用半导体材料在磁场中导电时 产生的电动势来检测磁场。
通过检测磁性材料的磁性特征，可以 判断材料的种类、磁性状态等，用于 材料科学、冶金等领域。
电流测量
直流电流检测
磁敏传感器可以检测直流电流的大小，常用于电源管理、电机控制等领域。
交流电流检测
通过检测交流电产生的磁场，磁敏传感器能够测量交流电流的幅值和频率，广泛应用于电力系统和自 动化控制领域。
位置和角度检测
磁敏传感器_图文
磁敏传感器_图文.pptx
第五章 磁敏传感器及应用技术
教学目的：
1、了解磁敏传感器的作用、分类和使用方 法； 2、熟悉常用磁敏传感器的特点及应用范围； 4、掌握常用磁敏传感器的工作原理及使用 方法； 5、学会正确选用磁敏传感器的方法。
第五章 磁敏传感器及应用技术
教学重点：
1、磁敏传感器特点与选用； 2、磁敏传感器原理及接口电路设计方法。
教学难点：
1、磁敏传感器工作原理； 2、磁敏传感器应用电路分析与设计方法。
教学方法：
1、引导文教学法 2、引探教学法 3、头脑风暴法
第五章 磁敏传感器及应用技术
问题思考：
1、磁敏传感器的作用是什么？ 2、常用的磁敏传感器有哪些种？各自的原
理是什么? 3、何为磁阻效应？何为霍尔效应? 4、磁敏传感器的原理是什么？其应用场合
（2）开关型霍尔传感器 开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、 差分放大器，斯密特触发器和输出级组 成，它输出数字量
图中，Bnp为工作点“开”的磁感应强度，BRP为释放点 “关”的磁感应强度。当外加的磁感应强度超过动作点 Bnp时，传感器输出低电平，当磁感应强度降到动作点 Bnp以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点 BRP时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bnp与BRP之间 的滞后使开关动作更为可靠。
第二节 磁敏传感器工作原理
二、霍尔传感器
（4）霍尔传感器的恒压驱动
第二节 磁敏传感器工作原理
（5）霍尔传感器的恒流驱动
第二节 磁敏传感器工作原理
（6）霍尔传感器应用常用接口电路
第二节 磁敏传感器工作原理
（7）霍尔传感器应用集锦
第二节 磁敏传感器工作原理
二、磁敏电阻
1.磁阻效应与巨磁阻效应 磁阻效应：物质在磁场中电阻发生变化的现象。 巨磁阻效应：指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较 之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。 2.磁敏电阻分类 是一种基于磁阻效应而制作的电阻体。它在外施磁场的作 用下(包括磁场强度及方向变化)能够改变自身的阻值。
第五章 磁敏传感器及应用技术
教学目的：
1、了解磁敏传感器的作用、分类和使用方 法； 2、熟悉常用磁敏传感器的特点及应用范围； 4、掌握常用磁敏传感器的工作原理及使用 方法； 5、学会正确选用磁敏传感器的方法。
第五章 磁敏传感器及应用技术
教学重点：
1、磁敏传感器特点与选用； 2、磁敏传感器原理及接口电路设计方法。
教学难点：
1、磁敏传感器工作原理； 2、磁敏传感器应用电路分析与设计方法。
教学方法：
1、引导文教学法 2、引探教学法 3、头脑风暴法
第五章 磁敏传感器及应用技术
问题思考：
1、磁敏传感器的作用是什么？ 2、常用的磁敏传感器有哪些种？各自的原
理是什么? 3、何为磁阻效应？何为霍尔效应? 4、磁敏传感器的原理是什么？其应用场合
（2）开关型霍尔传感器 开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、 差分放大器，斯密特触发器和输出级组 成，它输出数字量
图中，Bnp为工作点“开”的磁感应强度，BRP为释放点 “关”的磁感应强度。当外加的磁感应强度超过动作点 Bnp时，传感器输出低电平，当磁感应强度降到动作点 Bnp以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点 BRP时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bnp与BRP之间 的滞后使开关动作更为可靠。
第二节 磁敏传感器工作原理
二、霍尔传感器
（4）霍尔传感器的恒压驱动
第二节 磁敏传感器工作原理
（5）霍尔传感器的恒流驱动
第二节 磁敏传感器工作原理
（6）霍尔传感器应用常用接口电路
第二节 磁敏传感器工作原理
（7）霍尔传感器应用集锦
第二节 磁敏传感器工作原理
二、磁敏电阻
1.磁阻效应与巨磁阻效应 磁阻效应：物质在磁场中电阻发生变化的现象。 巨磁阻效应：指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较 之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。 2.磁敏电阻分类 是一种基于磁阻效应而制作的电阻体。它在外施磁场的作 用下(包括磁场强度及方向变化)能够改变自身的阻值。
磁敏传感器PPT课件
RH
1 ne
霍尔系数，材料确定后为常数
kH
RH d
灵敏度系数
对于导体，霍尔系数一般较小，故霍耳元件一般用半导体制作，
且愈小（薄），灵敏度愈高
物理现象观察
霍尔效应
霍尔式传感器的特点
转换率低 受温度影响比较大 结构简单，体积小，坚固 频响范围宽 易微型化和集成化
霍尔元件的构造及测量电路
红色引线：电流端引线 绿色引线：霍尔输出端引线
普通直流电动机使 用的电刷和换向器
无刷电动机在电动自行车上的应用
电动自行车
无刷电动机
可充电电池组
无刷直流电动机的外转子采用高性能钕铁硼稀土永磁材 料；三个霍尔位置传感器产生六个状态编码信号，控制逆 变桥各功率管通断，使三相内定子线圈与外转子之间产生 连续转矩，具有效率高、无火花、可靠性强等特点。
光驱用的无刷电动机内部结构
它不需要辅助电源就能把被测对象的机械量 转换成易于测量的电信号, 是有源传感器。由 于它输出功率大且性能稳定, 具有一定的工作 带宽（10～1000 Hz）, 所以得到普遍应用。
工作原理和结构类型
根据电磁感应定律，线圈两端的感应电动势
ed Wd
dtΒιβλιοθήκη dtW——线圈匝数；
——线圈包含的磁通量
若线圈相对磁场运动为速度v或者角速度w时，e=-WBlv或者e=-WBSw， 式中
第六章 磁电式传感器
通过磁电作用将被测量（振动、位移、转速 等）转换成电信号的一种传感器。
磁电感应式传感器：导体和磁场间相
分 对运动
类
霍尔式传感器：半导体在磁场中的电磁
效应（霍尔效应）而输出电动势
磁电感应式传感器又称磁电式传感器, 是利用 电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转 速等）转换成电信号的一种传感器。
磁敏传感器讲PPT课件
设霍尔元件为N型半导体，其长度为l，宽度为b，厚度为 d。又设电子以均匀的速度v运动，则在垂直方向施加的磁感应 强度B的作用下，空穴受到洛仑兹力
fL qvB q—电子电量(1.62×10-19C)； v—载流子运动速度。
.
11
根据右手螺旋定则，电子运动方向向上偏移，则在上端产生 电子积聚，下端失去电子产生正电荷积聚。从而形成电场。
17
I
B
V
R E
IH R3 VH
霍尔元件的基本电路
控制电流I；
霍耳电势VH； 控制电压V；
输出电阻R2； 输入电阻R1； 霍耳负载电阻R3； 霍耳电流IH。
图中控制电流I由电源E供给,R为调节电阻,保证器件内所 需控制电流I。霍耳输出端接负载R3,R3可是一般电阻或 放大器的输入电阻、或表头内阻等。磁场B垂直通过霍耳 器件,在磁场与控制电流作用下，由负载上获得电压。
VH=KHBI KH——Hall元件灵敏度，表示霍耳电势VH与磁感应强 度B和控制电流I乘积之间的比值，mV/(mA·KGs)。因为
霍耳元件的输出电压要由两个输入量的乘积来确定, 故又称为乘积灵敏度。
.
21
若控制电流值固定，则： VH＝KBB
KB——磁场灵敏度，通常以额定电流为标准。磁场灵敏 度等于霍耳元件通以额定电流时每单位磁感应强度对应 的霍耳电势值。常用于磁场测量等情况。
VH＝ KH I B cosθ
.
15
设 KH=RH / d VH＝ KH I B
KH—霍尔元件灵敏度。它与材料的物理性质和几何尺寸有关， 它决定霍尔电势的强弱。
若磁感应强度B的方向与霍尔元件的平面法线夹角为θ时， 霍耳电势应为：
VH＝ KH I B cosθ
fL qvB q—电子电量(1.62×10-19C)； v—载流子运动速度。
.
11
根据右手螺旋定则，电子运动方向向上偏移，则在上端产生 电子积聚，下端失去电子产生正电荷积聚。从而形成电场。
17
I
B
V
R E
IH R3 VH
霍尔元件的基本电路
控制电流I；
霍耳电势VH； 控制电压V；
输出电阻R2； 输入电阻R1； 霍耳负载电阻R3； 霍耳电流IH。
图中控制电流I由电源E供给,R为调节电阻,保证器件内所 需控制电流I。霍耳输出端接负载R3,R3可是一般电阻或 放大器的输入电阻、或表头内阻等。磁场B垂直通过霍耳 器件,在磁场与控制电流作用下，由负载上获得电压。
VH=KHBI KH——Hall元件灵敏度，表示霍耳电势VH与磁感应强 度B和控制电流I乘积之间的比值，mV/(mA·KGs)。因为
霍耳元件的输出电压要由两个输入量的乘积来确定, 故又称为乘积灵敏度。
.
21
若控制电流值固定，则： VH＝KBB
KB——磁场灵敏度，通常以额定电流为标准。磁场灵敏 度等于霍耳元件通以额定电流时每单位磁感应强度对应 的霍耳电势值。常用于磁场测量等情况。
VH＝ KH I B cosθ
.
15
设 KH=RH / d VH＝ KH I B
KH—霍尔元件灵敏度。它与材料的物理性质和几何尺寸有关， 它决定霍尔电势的强弱。
若磁感应强度B的方向与霍尔元件的平面法线夹角为θ时， 霍耳电势应为：
VH＝ KH I B cosθ
磁敏式传感器 ppt课件
第7章
磁敏式传感器
1
主要内容
7.1 磁电感应式传感器 7.2 霍尔式传感器
2
3
7.1 磁电感应式传感器
磁电感应式传感器又称感应式或电动式传感器， 是利用电磁 感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种 传感器
它不需要辅助电源， 就能把被测对象的机械量转换成易于测量 的电信号，是一种有源传感器
7
变磁通式磁电传感器（用于角速度测量）
43 2 1 NS
31 7
A 6
A
5
5
6
(a)
(b)
主要靠改变磁路的磁通大小进行测量，即改变磁路的磁阻
8
图（a）为开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动， 测量 齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿， 齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次， 线圈中 产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的 乘积。
传感器线圈产生感应电动势，接上负载后，线圈中有电流流过 而发热。
12
测量误差
当传感器的工作温度发生变化或受到外 界磁场干扰、受到机械振动或冲击时， 其灵敏度将发生变化，从而产生测量误 差，其相对误差为：
dSI dBdLdR
SI B L R
SI
I0 v
NBL RRf
即其测量误差来源于B、L、R三个方面
10
7.1.2
当测量电路接入磁电传感器电路时，磁电传感器的输出电
流Io为：
I0
E RRf
NBLv RRf
式中： Rf——测量电路输入电阻； R——线圈等效电阻。
I0
传E
感
器R
指示器
Rf
传感器的电流灵敏度为
磁敏式传感器
1
主要内容
7.1 磁电感应式传感器 7.2 霍尔式传感器
2
3
7.1 磁电感应式传感器
磁电感应式传感器又称感应式或电动式传感器， 是利用电磁 感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种 传感器
它不需要辅助电源， 就能把被测对象的机械量转换成易于测量 的电信号，是一种有源传感器
7
变磁通式磁电传感器（用于角速度测量）
43 2 1 NS
31 7
A 6
A
5
5
6
(a)
(b)
主要靠改变磁路的磁通大小进行测量，即改变磁路的磁阻
8
图（a）为开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动， 测量 齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿， 齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次， 线圈中 产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的 乘积。
传感器线圈产生感应电动势，接上负载后，线圈中有电流流过 而发热。
12
测量误差
当传感器的工作温度发生变化或受到外 界磁场干扰、受到机械振动或冲击时， 其灵敏度将发生变化，从而产生测量误 差，其相对误差为：
dSI dBdLdR
SI B L R
SI
I0 v
NBL RRf
即其测量误差来源于B、L、R三个方面
10
7.1.2
当测量电路接入磁电传感器电路时，磁电传感器的输出电
流Io为：
I0
E RRf
NBLv RRf
式中： Rf——测量电路输入电阻； R——线圈等效电阻。
I0
传E
感
器R
指示器
Rf
传感器的电流灵敏度为
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N
S
磁导盘
（a）
（b）
磁悬浮现象示意图
根据迈斯纳效应，把磁体放在超导盘上方，或在超导 环上方放一超导球时， 图(a)中超导盘和磁铁之间有排 斥力，能把磁铁浮在超导盘的上面；图(b)中由于超导 球有磁屏蔽作用，其结果可使超导球悬浮起来。这种 现象称为磁悬浮现象。
3、 磁通量子化
假定有一中空圆筒形超导体(如图)并
按下列步骤进行：
(1)常态让磁场H穿过圆筒的中空部分。
(2)超导态筒的中空部分有磁场。
(3)超导态撤掉磁场H，圆筒的中
感生电流
空部分仍有磁场，并使磁场保持 不变。称为冻结磁通现象。
H≠0 T<TC
冻结磁通示意图
超导圆筒在超导态时，中空部分的磁通量是量子化的，
并且只能取φ0的整数倍，而不能取 ( ) IC (0)
流Imax与φ的关系式
0 0
IC是的φ
周期函数
φ——沿介质层及其两侧超导体边缘透入超导结的磁通量； φ0——磁通量子； IC(0)——没有外磁场作用时，超导结的临界电流。
临界电流随外磁场周期起伏变化，这是由于在一定磁场 作用下，超导结各点的超导电流具有确定的相位。相位 相反的电流互相抵消；相位相同的电流互相迭加。
2、完全逆磁性，迈斯纳(Meissner)效应， 或排磁效应
（a）
（b）
迈斯纳效应示意图
（a）正常态时，超导体内部磁场分布
（b）在超导态时，超导体内部磁场分布
超导体不管在有无外磁场存在情况下，一旦进入超导 状态，其内部磁场均为零，即磁场不能进入超导体内 部而具有排磁性，亦称之为迈斯纳效应。
超导球
吸收电磁波。这种特性称为交流约瑟夫逊效应。
直流约瑟夫逊效应表明，超导隧道结的介质层具有 超导体的一些性质，但不能认为它是临界电流很小的超 导体，它还有一般超导体所没有的性质。
实验证明，当结区两端加上直流电压时，结区会出 现高频的正弦电流，其频率正比于所加的直流电压，即
f = KV 式中 K=2e/h=483.61012Hz/V。 根据电动力学理论高频电流会从结区向外辐射电磁波。
可见，超导隧道结在直流电压作用下，产生交变电流， 辐射和吸收电磁波，这种特性即交流约瑟夫逊效应。
5、IC—H 特性
Ic
20
10 Ф=0
约瑟夫逊的直流效应受 着磁场的影响。而临界电流 IC对磁场亦很敏感，即随着 磁场的加大临界电流IC逐渐 变小，如图所示。
0
1
2
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H
超导结的Ic-H曲线
根据量子力学理论，超导
测量范围宽：可从零场测量到几kT；
频带宽：响应频率可从零响应到几kHz。
应用领域
深部地球物理：用带有SQUID磁敏传感器的大地电磁 测深仪进行大地电磁测深，效果甚好。 在古地磁考古、测井、重力勘探及预报天然地震中， SQUID也具有重要作用。 在生物医学方面，应用SQUID磁测仪器可测量心磁图、 脑磁图等，从而出现了神经磁学、脑磁学等新兴学科， 为医学研究开辟了新的领域。 在固体物理、生物物理、宇宙空间的研究中，SQUID 可用来测量极微弱的磁场，如美国国家航空宇航局用 SQUID磁测仪器测量了阿波罗飞行器带回的月球样品的 磁矩。 SQUID技术还可用作电流计，电压标准，计算机中存 储器，通讯电缆等；在超导电机、超导输电、超导磁流 体发电、超导磁悬浮列车等方面，均得到广泛应用。
精品
SQUID磁敏传感器
第三节 SQUID磁敏传感器
SQUID磁敏传感器是一种新型的灵敏度极高的磁敏传感 器，是以约瑟夫逊（Jose Phson）效应为理论基础， 用超导材料制成的，在超导状态下检测外磁场变化的 一种新型磁测装置。
特点
灵敏度极高：可达10-15T，比灵敏度较高的光泵式磁 敏传感器要高出几个数量级；
结。中间的薄层区域称为结区。这种超导隧道结具有特
殊而有用的性质。
超导电子能通过绝缘介质层，表现为电流能够无阻挡
地流过，表明夹在两超导体之间的绝缘层很薄且具有超
导性。约瑟夫逊结能够通过很小超导电流的现象，称为
超导隧道结的约瑟夫逊效应，也称直流约瑟夫逊效应。
超导结在直流电压作用下可产生交变电流，从而辐射和
一、SQUID磁敏传感器的基本原理
ρ
ρ
ρ0K
ρ0
0 （a）
T/K 0
TC （b）
T/K
电阻随温度变化曲线
a、正常导体；b、超导体
超导电性：在某一温度TC以下电阻值突然消失的现象。 超导体：具有超导电性的物体。
临界温度(TC)：超导体从具有一定电阻值的正常态转变为
电阻值突然为零时所对应的温度,其值一般从3.4K至18K
02he2.071015Wbhφ—0—普磁郎通克量常量数子，，e 磁—通电量子自电然量单，位
中空部分通过的总磁通量 n10
4、约瑟夫逊效应
绝缘层
该图是两块超导体中间隔 着一厚度仅10～30Å的绝缘介质
超导体
超导体 层而形成的 “超导体—绝缘层—
超导体”的结构，通常称这种结
超导结示意图
构为超导隧道结，也称约瑟夫逊
测磁原理
超导结临界电流随外加磁场而周期起伏变化的原理,完全 可用于测量磁场中。例如,若在超导结的两端接上电源,电 压表无显示时,电流表所显示的电流是为超导电流;电压表 开始有电压显示时,则电流表所显示的电流为临界电流IC, 此时,加入外磁场后,临界电流将有周期性的起伏,且其极 大值逐渐衰减,振荡的次数n乘以磁通量子φ0,可得到透入 超导结的磁通量φ=nφ0。而磁通量和磁场H成正比关系,如 果能求出φ,磁场H即可求出。同理,若外磁场H有变化,则 磁通量亦随变化,在此变化过程中,临界电流的振荡次数n 乘以φ0即得到磁通量的大小,亦反映了外磁场变化的大小。 因而,可利用超导技术测定外磁场的大小及其变化。
超导体特性：理想导电性；完全逆磁性；磁通量子化。
1、理想导电性——零电阻特性
S
S
H
H
N
（a）
（a）T＞Tc H≠0
N
（b） 理想导电性实验
（b）T＜TC H≠0
（c）
（c）T＜TC H=0
若将一超导环置于外磁场中，然后使其降温至临
界温度以下，再撤掉外加磁场，此时发现超导环内有 一感生电流I，超导环内无电阻消耗能量，此电流将永 远维持下去 ，因无电阻。
测量外磁场的灵敏度与测定振荡的次数n的精度及φ的大
小有关。设n可测准至一个周期的1/100，则测得最小的
变化量应为φ0/100=2×10-15T·m2。若假设磁场在超导 结上的透入面积为L·d (L是超导结的宽度，一般为 0.lmm左右；d是磁场在介质层及其两侧超导体中透入的