《巨磁电阻效应及其应用探究》10000字（论文）

巨磁电阻效应及其应用研究绪论 11 巨磁电阻效应 31.1巨磁电阻效应的发现 31.2巨磁电阻效应产生的机制 31.2.1电阻形成的微观机制 31.2.2铁磁性金属材料的电阻 51.2.3巨磁阻效应成因的简单解释 52 巨磁电阻效应的应用 62.1巨磁电阻效应在信息存储中的应用 62.1.1应用于硬盘的缘由 72.1.2硬盘的工作原理 72.1.3传统磁头与巨磁电阻磁头的比较 82.1.4巨磁电阻技术在硬盘应用上的发展历程 82.2巨磁电阻传感器的应用 92.2.1巨磁电阻传感器测磁场 92.2.2巨磁电阻传感器测电流 102.2.3巨磁电阻传感器测角度和角速度 102.2.4巨磁电阻传感器测位移 11总结 12参考文献 13摘要随着巨磁电阻效应的被发现，人们对其可应用的范围开展一系列的研究，进而研制出基于此效应的磁头、传感器等产品。人们总结道：磁电阻磁头的发明推动了“大容量、小型化”信息时代的巨大革命，开辟了信息时代数据存储的新篇章！而基于巨磁电阻效应研制出来的传感器相较于传统的磁阻传感器有着更为显著的优点，如灵敏度高、响应快、可靠性好等，正因为如此，它在高灵敏度微型磁传感器领域中逐渐崭露头角。无论是磁头又或是传感器，正是因为他们带给我们生活中的诸多便利，使得巨磁电阻效应在生活中的应用越来越广泛。本文在分析巨磁电阻效应产生机制的基础上，从查阅和分析文献资料出发，对基于巨磁电阻效应的信息储存应用以及传感器应用方面来研究巨磁电阻效应对我们生活产生的巨大影响，这是物理和实际应用的一次极其完美的结合。【关键词】巨磁电阻效应磁头传感器绪论巨磁电阻效应从20世纪80年代被发现到现在已经有三十多年了，在评价巨磁电阻效应发现意义的方面上，诺贝尔评委会主席佩尔·卡尔松的发言或许更具有代表性，他用两张图片的对比向我们展示了这个效应给我们生活带来的巨大改变：一张图片是占满了整间屋子体积的电脑，另一张则是如今随处可见的、手掌般大小的硬盘。巨磁电阻效应的横空出世，意味着我们可以很方便的利用很小的磁性变化，获得一个巨大的电阻变化的相应，直接就反映为电流信号的变化，因而通过巨磁电阻效应，非常高效的将磁信号转化为电信号。这直接推动了大容量、小型化的信息时代的巨大革命。正是如此，单位面积介质存储的信息量呈膨胀式地增长，彻底解放了我们的笔记本电脑、手机、硬盘、U盘一切与数据读写存储有关的东西。1994年，IBM公司研发出第一款应用巨磁电阻磁头的硬盘，这一款硬盘彻彻底底地打破了从前小容量硬盘的现象，将磁盘记录密度整整地提高了17倍；1997年，NVE公司最先推出了基于巨磁电阻效应的半导体数字式传感器，随后IBM公司也推出了相关的读出磁头产品硬盘的容量从4GB大幅提升到600GB。要知道，这距离巨磁电阻效应被发现，才刚刚过去了9年！随后的几年时间里面，各大公司纷纷推出了相关的电子产品，完全的开辟了信息时代数据存储的新篇章！正是因为全世界企业界和学术界对巨磁电阻效应的研究颇为重视，因此巨磁电阻效应不仅仅带来的是信息产业的飞速发展，在电子设计这一方面它也起着毋庸置疑的推动作用。现如今，研发出了许多基于巨磁电阻效应的新型器件，大家更为了解的有传感器、耦合器等。巨磁电阻效应传感器是一类新的磁电阻传感器，它比传统的磁阻传感器灵敏度高、响应快、可靠性好、无磁滞、测量范围宽、抗恶劣环境好、体积小等优点[1]。与此同时，人们普遍注重的花费成本方面，巨磁电阻传感器往往相较于其他普通的传感器会更低。它可以测量的范围也十分的广泛，比如磁场、电流、角度和角速度、位移等物理量均可以利用它来进行测量[2]。在种种的对比之下，巨磁电阻传感器的优势也就更为突出了起来，因此它在高灵敏度微型磁传感器领域中逐渐崭露头角，被市场广为应用。巨磁电阻传感器作为传感器产业的一个重要部分，得到了全球范围内大多数国家的重点关注，甚至是将这一产业作为国家的一个经济战略，与此同时，我国也将其提升到国家战略高度。巨磁电阻效应的出现，在基础理论方面引起了划时代的发展。对于物理、材料科学等学科都起到了极大的推动作用。随着人们继续对巨磁电阻效应深入的研究，自旋电子学作为一门新兴学科逐渐被广泛接受并学习，这一门学科结合了磁学和微电子学这两者的特点，使其在微电子世界中发挥着主导作用[3]。同时也相继也带动了其他新的学科和技术的发展。现如今，国内外对于巨磁电阻效应及其与之相关产品正在处于不断地研究当中，我国的专业人士对于巨磁阻多层膜、巨磁阻颗粒膜、磁膜随机存储器、薄膜磁头等都进行着细致的研究，并且取得的研究成果也十分的可观，国外的研究人员也在不断地对巨磁电阻材料以及传感器进行深入的研究，对目前有限的传感技术在一些应用范围进行不断的研究突破。巨磁电阻效应巨磁电阻效应(GiantMagnetoresistance)是一种量子力学效应,是磁阻效应的一种，它产生于层状的磁性薄膜结构，这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成[4]。这种结构物质的电阻值与铁磁性材料薄膜层的磁化方向有关，两层磁性材料磁化方向相反情况下的电阻值，明显大于磁化方向相同时的电阻值，电阻在很弱的外加磁场下具有很大的变化量[5]。1.1巨磁电阻效应的发现1988年，法国物理学家阿尔贝•费尔(AlbertFert)在巴黎的研究所发现在铁、铬相间的多层膜电阻中，只需要微弱的磁场变化就可以导致电阻的急剧变化，且这个变化的幅度比一般情况下要高十几倍，这种效应被其命名为巨磁阻效应(GiantMagnetoresistance)。巧的是就在此前的三个月，德国尤利希国家研究中心物理学家彼得•格林贝格尔(PeterGrünberg)团队也在具有层间反平行磁化的铁/铬/铁三层膜结构中也发现了同样的现象。并于2007年10月9日，科学界的最高盛典-瑞典皇家科学院因这两位欧洲教授分别独立发现巨磁阻效应而将诺贝尔物理学奖授予给他们[6]。瑞典皇家科学院在评价这项成就时表示，诺贝尔物理学奖主要奖励“用于读取硬盘数据的技术，得益于这项技术，硬盘在近年来迅速变得越来越小”。1.2巨磁电阻效应产生的机制所谓巨磁电阻（GiantMagnetoresistance）效应，是指一类特殊人造磁性材料的电阻率随外磁场的改变而发生显著变化的现象，此类人造磁性材料一般采用的是层状结构，图1中展示的是一种最简单的可观察到巨磁电阻效应的此类材料。F11F11MMFF21图1具有GMR效应的人造材料图中的材料是由三层薄膜构成的，其中的F1和F2是由同种铁磁材料（比如Fe、Co、Ni等）制成的薄膜，两者是完全相同的，并且都被磁化了，中间的M则是非铁磁质金属（比如Cr、Cu、Ag等）制成的薄膜。1.2.1电阻形成的微观机制固体物理学告诉我们，在金属中，一方面是摆脱各原子束缚从而在整个金属内部运动的共有化电子，另一方面是原子失去电子后形成的各原子实，它们在空间中排列成晶格。关于共有化电子的运动，理论上一般采用以下几条近似设定:1)认为共有化电子之间无相互作用；2)各共有化电子在运动过程中都频繁地与原子实发生碰撞，而在相继两次碰撞的间隙，电子作的是匀速直线运动，此时的电子相当于没有受到任何外力作用，是自由电子。由设定2)可知，仅当电子与原子实碰撞时，其运动状态才会发生改变。由于这种碰撞非常频繁，导致电子的运动状态也在频繁地发生改变，因此在足够长的时间内去看电子的运动，就可认为它是无规则的。以上表明，设定2)与一般认为的、共有化电子在金属内部作无规则运动是一致的。共有化电子在相继两次碰撞之间所走过的距离被称作为自由程，常用λ来表示。利用统计理论可以计算出电子的平均自由程，研究表明一般与电子在单位时间内的碰撞次数成反比，即与电子的碰撞频繁程度有下面的关系：碰撞越频繁，则就越小。由于共有化电子作的是无规则运动，朝各个方向运动的概率都相同，因此经统计平均之后即可发现，共有化电子的运动不会在金属内部形成宏观的电流。但是若给金属施加外部电场，则会导致与其它方向相比，共有化电子有更大的概率会沿着与电场相反的方向运动。这样，统计平均之后即可发现，共有化电子在做逆着电场方向的定向运动，从而形成宏观电流。需要强调的是，外场作用下出现的定向运动只是统计平均的结果。实际上在此运动中，共有化电子仍旧会与原子实发生频繁的碰撞。每一次碰撞都会改变电子的运动方向，从而在一定程度上破坏电子的定向运动，导致电子在外场作用下的持续加速过程被打断，进而限制宏观电流的强度。若从能量的角度来看，电子的每次碰撞，都会有一部分定向运动能量被转化为原子实的运动能量，也就是晶格振动能，从而导致金属内能增加。而电子的定向运动能量来自外部提供的电能，因此可有，存在外加电场时，因共有化电子与原子实之间的碰撞，导致外部提供的电能，除了有一部分被化作电子定向运动的能量形成电流之外，剩下的一部分则被转化为金属的内能，使金属温度升高。由上述讨论，再结合与电阻相关联的能量上的转化情况，即可得出结论，正是微观上共有化电子与原子实之间的频繁碰撞形成了宏观上的电阻。并且，对于给定形状的金属物体，其内部共有化电子与原子实之间的碰撞越频繁，该物体的电阻就会越大。共有化电子与原子实之间的频繁碰撞也常被说成，共有化电子受到了晶格的散射，或者进一步简单地称作为电子散射（electronscattering）。于是，共有化电子与原子实的碰撞越频繁，也就等价为电子散射越强。而前面给出的结论也可分别等价地表述为：①金属的电阻是由其内部电子散射导致的；②电子散射是通过影响金属电阻率来影响其电阻的；③电子散射越强，金属的电阻率就越大，因此给定形状大小的金属导体的电阻也就越大。1.2.2铁磁性金属材料的电阻考虑已被磁化的一块铁磁性金属材料，因为量子力学理论中的空间量子化的缘故，其内部共有化电子的自旋方向只能与其内部的磁场方向平行（将此类电子简称作自旋平行电子）或者反平行（将此类电子简称作自旋反平行电子）。并且，如果将此材料接入到电路中，那么能流过此材料的外部导线中的电子也只能是自旋平行电子或自旋反平行电子，其它自旋方向的电子不能通过。自旋平行电子与自旋反平行电子在材料中的散射情况是不同的。自旋平行电子的散射要远弱于自旋反平行电子的。这意味着，对自旋平行电子而言，材料的电阻非常小，而对自旋反平行电子而言，材料的电阻很大。于是，串联有磁化铁磁性金属材料的电路中，其电流主要是由自旋平行电子形成的。在图2中，自旋方向与材料中磁场方向平行的“自旋平行电子”在经过材料时受到的散射较弱，因此对此类电子而言，材料的电阻值较小，它们形成较强的电流。与之相反，“自旋反平行电子”的自旋方向与材料中的磁场方向是反平行的，导致此类电子在材料中受到很强的散射，因此对它们而言，材料的电阻非常大，从而所形成的电流也很弱。图2两类电子流经磁化铁磁性金属材料的不同状况1.2.3巨磁阻效应成因的简单解释现在考虑在图2所示的电路中再串联一个磁化铁磁性金属材料。此时，两类电子在电路里面的流动状况可表示为下面的图3：(a)两材料中的磁场方向平行(b)两材料中的磁场方向反平行图3在两块磁化铁磁性金属材料串联而成的电路中两类电子流经两块材料的状况在图3(a)中，两块材料中的磁场方向彼此平行，并皆与“自旋向上电子”的自旋方向平行，因此“自旋向上电子”在两块材料中受到的散射都较弱，即电阻值都较小，从而可以形成较强的电流。反之，“自旋向下电子”的自旋方向与两块材料中的磁场方向皆相反，因此该类电子在两块材料中所受到的散射都非常强，使得对它们而言，两块材料的电阻都很大，导致它们只能形成较弱的电流。在图3(b)中，两块材料中的磁场方向彼此反平行。这会导致，无论是“自旋向上电子”，还是“自旋向下电子”都会在其中一块材料内部受到很强的散射。于是，对两类电子而言，整个串联电路的电阻值都非常大。因此，图3(b)所示的情形下，电路中的电流是非常弱的。由以上对图3的分析可知，若固定材料1中的磁场不变，那么我们可以通过人为调节材料2中的磁场方向来极大地改变整个串联电路的电阻值。比如，先磁化材料2，使其内部的磁场方向与材料1中的反平行（见图3(b)），之后再人为将材料2中的磁场方向调节到反方向上，即使之与材料1中的磁场方向平行（见图3(a)），那么我们就会发现，整个串联电路的电阻值就会从原来的较大值改变为现在的较小值。当然，由于“自旋向下电子”在材料1中的电阻值进而在整个电路中的电阻值总是很大，因此上述的能够通过改变材料2中磁场方向来改变的电阻只是对图中的“自旋向上电子”而言的。在以上做法中，我们通过改变材料中磁场的方向来极大的改变了电路中的电阻值，这实际上也对巨磁电阻效应的成因作了一个简单的解释。巨磁电阻效应的应用2.1巨磁电阻效应在信息存储中的应用随着时代的发展，信息的存储对于人类社会的发展有着至关重要的作用，硬盘（HDD）就是在信息时代需要的驱使下所产生的一个技术产品，这种人造的信息存储技术相较于人脑的存储容量更大、也相较于普通的纸质类存储技术更为长久。硬盘是我们现在随处可见的计算机中最主要的存储设备，我们在硬盘中存储着计算机内的大部分软件，而硬盘磁头就是硬盘读取数据不可或缺的一部分，磁头的技术好坏直接影响到硬盘的存储密度。巨磁电阻效应的发现为硬盘磁头的升级起着极大的推动作用，在减小硬盘体积的同时还大幅地提高了硬盘的存储容量。美国物理研究所的发言人舍韦（P.Schewe）教授这样赞誉巨磁电阻效应的科学贡献：“这是物理和实际应用的一次极其完美的结合，我几乎不可想象任何一项应用能超过磁盘工业带来的巨大冲击，我们每个人都有三五个与此相关的产品。”[7]2.1.1应用于硬盘的缘由在体积巨大的计算机面前，人们开始思考缩小计算机体积的解决办法，为了足够的计算机存储容量硬盘体积只能增大，这时候人们需要一个减小硬盘体积但不会减小硬盘存储容量的方法。硬盘中的磁头是通过磁场的变化来读取数据，由于想要缩小硬盘的体积，这就必将会影响硬盘中所记录的磁信号，硬盘中所记录的磁信号会变得越来越微弱，这就要求必须这种微弱的磁信号仍然能被敏感地感受到并读取出来。此时被发现的巨磁电阻效应恰好就满足了这一个需求，非常弱小的磁信号变化就能导致巨大的电阻变化，这从客观上便解决了需要减小体积但不影响存储容量的难题，可巨磁电阻效应带来的益处不仅只是减小了硬盘的体积，他在减小体积的同时还能增大硬盘的存储容量，人们便立即利用巨磁电阻效应制造出新型磁头，使越来越弱的磁信号也能被读出来并且转换成清晰的电流变化。正是如此，巨磁电阻效应带来了“大容量、小型化”的信息时代。2.1.2硬盘的工作原理计算机硬盘存储信息是通过磁介质来实现的。硬盘主要由若干个磁盘片和磁头组成，每一个磁盘片都有一个磁头与之相对应。磁盘片是一个以主轴为轴心可以旋转并且表面涂有磁介质的圆形薄片，表面的这层磁介质在显微镜的观察下是数量众多、体积很小的磁颗粒，若干个磁颗粒组成一个记录单元来记录1比特（bit）信息，即“0”或“1”。在磁头的作用下这些磁颗粒的极性会受到改变。磁头实际上是一个被线圈缠绕的磁芯。当磁头固定且磁盘片绕轴旋转时，磁头就会在磁盘片上划出一个圆形轨迹，这个我们无法观察到的圆形轨迹被称之为磁道，磁道是用来存储信息的，在同一个磁盘片上有着多个磁道，相邻磁道间隔有一定的距离，并且每个磁盘片都有相同数量的磁道。磁盘片上的每一个磁道又被分为若干个弧段，每个弧段对应的就是一个扇区，因此每个磁道又有多个扇区，扇区是磁盘读取和写入数据的单位。硬盘在正常工作时，有写入和读取数据两种功能，但这两种功能是完全不同的操作，因此在硬盘中采用两种不同的磁头来兼顾这不同的功能。对于写入数据，我们采用磁感应磁头，它可以通过改变磁盘片上的磁场来实现这一功能，对于读取数据采用的是磁阻磁头，通过感应旋转的磁盘片上磁场的变化实现这一功能。由于巨磁阻磁头相较于磁阻磁头性能更佳，我们借助巨磁电阻效应制造更灵敏的读出磁头，其能够清晰读出较弱的磁信号，并且转换成清晰的电流变化。2.1.3传统磁头与巨磁电阻磁头的比较由于人们对硬盘容量的需求越来越大，为了提高硬盘存储的容量，巨磁电阻磁头应运而生。在巨磁电阻磁头之前，磁头技术还经历了3个重要的发展阶段：薄膜感应(TFI)磁头、磁阻(MR)磁头、各向异性磁阻(AMR)磁头。薄膜感应(TFI)磁头是最早应用于硬盘的磁头，也是硬盘中可以实现写入和读取二合一的磁头，正因为它同时兼顾两种功能，这也同时成为了这种磁头无法继续发展下去的原因，当它提高感受磁信号变化的能力时，改变磁场的能力就减弱了。换而言之，使用薄膜感应磁头时，提高其读取能力，写入能力就会减弱[8]。因为硬盘的容量就会一直无法得到提升，所以这种磁头逐渐淡入硬盘的应用中。磁阻(MR)磁头是在薄膜感应磁头的局限性下所设计的一款只用于读取数据的磁头。磁阻磁头相当于当今众多磁头的鼻祖，它是通过电阻的变化来感应信号幅度，而不是通过感受电流的变化，正式这一个小小的改变使得磁阻磁头对信号感受更加敏锐，同时也使得它获取磁信号的准确性得到提高。薄膜感应磁头读取数据要求磁道密度不能太大[9]。但磁阻磁头读取数据就不受磁道宽度的限制，因此可以通过磁道宽度的减小来提高磁道密度，从而使的磁盘面的密度增加以提高硬盘的容量。各向异性磁阻(AMR)磁头是在磁阻磁头的基础上设计的一款磁盘面密度更大的磁头，并且它的使用还可以减少其他元器件的数量。各向异性磁阻磁头的工作原理是通过感受磁场的变化来影响自己电阻的变化，但是它的电阻变化量存在有限度，因此虽然它在硬盘中的应用可以相较于磁阻磁头而言能提高灵敏度，但还是存在有极限。巨磁电阻(GMR)磁头基于巨磁电阻反应的特性，在与以上三种磁头感受相同的磁场变化是，它可以引起更大的电阻变化，巨磁电阻磁头更好的材料和多层薄膜结构，因此相较于其他三种磁头，他的灵敏度更高、存储密度更大。对于普通薄膜磁电阻而言，磁头磁电阻变化的磁场灵敏度最大约为0.4%/Oe；对于巨磁而言，磁场灵敏度度可达1％-8％/Oe[10]。因此巨磁电阻磁头在被制造出来后受到世界范围内的广泛使用。2.1.4巨磁电阻技术在硬盘应用上的发展历程巨磁电阻效应被发现后，就受到了专家们的青睐，在硬盘应用方面取得了十分可观的成果。在巨磁电阻磁头出现之前，1956年世界上第一台磁盘存储容量只有仅仅5MB；1991年，使用磁阻磁头的硬盘容量提升为1GB，首次踏入容量的GB数量级；1994年，IBM公司研发出第一款应用巨磁电阻磁头的硬盘，这一款硬盘彻彻底底地打破了从前小容量硬盘的现象，将磁盘记录密度整整地提高了17倍，这对于当时而言，是一个存储容量上的巨大突破；随之而来的1995年，磁盘记录密度为3GB/in2的巨磁电阻磁头被研发出来，这一磁头的降世创下了世界纪录；1997年，硬盘的容量从4GB大幅提升到600GB；2005年，磁性隧道结读头型硬盘上市，这是基于巨磁电阻效应的另一种硬盘产品，这个产品又继续将硬盘的存储密度进行；2007年9月，这种磁性隧道结读头型硬盘达到了1TB的容量。正是基于巨磁电阻效应的被发现，硬盘的容量才能有如此之大的提升，只要在巨磁阻效应能起作用的范围之内，未来能继续缩小硬盘体积，提高硬盘容量。2.2巨磁电阻传感器的应用基于巨磁电阻效应所研究出来的产品并不仅仅应用于信息存储上，随着大家对它关注度的不断增加，在国内外专业人士的深入研究后，它逐渐以另外一种表现形式——传感器活跃在公众的视野之中。传感器实际上就是一种可以检测被测量信息的装置或器件，并且当它检测到信息后，可以按照一定的规律将这个信息转变为我们所需要的其他形式信息并输出。由于我们人类的感官并不能获得世界上所有的信息，为了获取这些我们想要探索的信息，我们必须通过传感器的协助，它能使人们获得准确的信息来进行其他有创造性的活动.毫不夸张地说，传感器可以应用于每一个现代化的项目，人类现在的科技发展离不开传感器。[11-13]传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分组成，其中敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量有确定关系的物理量信号，基于巨磁电阻效应所制作出来的传感器，其敏感元件是巨磁电阻。顾名思义，基于巨磁电阻效应所制成的传感器是属于磁敏传感器中的一种，磁敏传感器主要有霍尔传感器、磁阻传感器等，但巨磁电阻传感器在日益增长的产品需求上有着更加良好的发展空间。巨磁电阻传感器具有灵敏度高、体积小、探测范围宽、热稳定性好、抗恶劣环境等优点[1]。它可以测量的范围很广，比如磁场、电流、角度和角速度、位移等物理量均可以利用它来进行测量[2]。进而广泛应用在电子电力、能源管理、汽车、工业自动控制等领域，具有广阔的应用领域和发展前景。2.2.1巨磁电阻传感器测磁场巨磁电阻传感器主要用来检测弱磁场的存在、强弱、方向和变化等[14]。巨磁电阻效应传感器可以在很大范围内测量或传感磁场强度，它可以测量的磁场范围为(10-8-108)×(103/4π)A/m，并且灵敏度高达100Mv/[V×(103/4π)A/m[15]。巨磁电阻传感器测磁场的应用最早是在读出磁头上实现的，对推动“大容量、小型化”的信息时代起着不容忽视的作用。巨磁电阻磁场传感器测磁场可以应用于交通监控系统。地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分，源于地球的外部是变化磁场，会由于地球上各种因素存在有各种短期的变化，其中铁磁性材料对其有一定的影响。我们生活中常见的各种车辆就是主要是由铁磁性材料制造而成的，因此车辆会引起地磁场的变化。巨磁电阻磁场传感器能用于导航，将探测磁场x和y方向分量的巨磁电阻传感器安装在车辆中，车辆瞬间航向与地球北极的夹角可通过巨磁电阻传感器的x和y方向的电压相对改变而确定下来，根据其变化情况即可确定出交通工具的方位[15]。可以实现停车检测，当车辆驶入停车位时，传感器便可以感应到由于车辆致使的磁场变化，从而转变为其他的信息输出，如可以检测停车位上是否有车辆，如在停车场中，传感器就能输出信号得到车辆的停车时间，从而有利于停车费的计算。虽然红外线、超声波等也可检测到，但红外线会因为受到遮挡而被影响、超声波会因为受到水、冰等因素被影响，因此巨磁电阻磁场传感器相较于红外线和超声波有着不可比拟的优势，因此被广泛地应用在各种路面或室内。在交通方面巨磁电阻传感器还有其他很多的应用，这些应用有效地帮助了每一个城市解决交通状况恶化的问题巨磁电阻磁场传感器借助具有高灵敏度和探测弱磁场的显著优势，在军事工业、航空航天、卫星技术、探测矿藏等诸多方面都做出了重大贡献。2.2.2巨磁电阻传感器测电流由于电流的磁效应，因此利用巨磁电阻传感器测量电流时，其原理和磁场传感器大致相同。当导线通上电后，其周围的空间就会形成一圈一圈的磁场，并且产生的磁场强度与通过导线的电流大小成正比，因此当电流出现微弱变化时，产生的磁场相应会有改变，巨磁电阻传感器就能清晰地感知到磁信息来读取磁场，再将读出的信号通过一定的变换让人们得到电流的数值，从而达到巨磁电阻传感器测量电流的目的。电流传感器则能够实现0-10000A量程的测量，响应频率为lMHz[15]。利用巨磁电阻效应制成的电流传感器灵敏度高，由于并不需要将测量仪器接入到电路中，因此对原本的电路工作不会造成干扰，且可测直流和交流两种，电流传感器可以用在家用电器、智能电网、电动车、风力发电等等。基于巨磁电阻效应制出的电流传感器得到普及应用，实现电网关键节点电流信息的全面感知，进而构建电网“神经系统”，为实现智能电网透明化奠定基础。2.2.3巨磁电阻传感器测角度和角速度巨磁电阻传感器测量转动角度时，我们将巨磁电阻传感器固定在被测物体的旁边，并且要控制好两者之间的相隔距离，在被测物体上同时也固定一块磁铁，由于磁铁本身周围会存在磁场，因此在被测物体发生转动时，磁铁也会相应地转动，周围的磁场也会发生相应的位置和大小变化，此时被固定的巨磁电阻传感器就会读取到磁信号，当被测物理转动一周的时候，巨磁电阻传感器将识别到的信号通过一定的变换产生一个电压脉冲输出，从而达到巨磁电阻传感器测量转动角度的目的。利用集成技术已研制出专用来测量角速度即转速的数字式自旋阀巨磁电阻传感器可探测各种情况下的角速度。探测角速度的重要性在于能够保证物体有一个稳定的转速，因此就需要利用巨磁传感器来测量角速度，通过一个立刻的反馈来控制得到一个稳定的转速。这一类的测量角度和角速度的巨磁电阻传感器可以应用在汽车刹车系统、洗衣机行业、电机马达行业等。2.2.4巨磁电阻传感器测位移巨磁电阻传感器测量位移时一般有两种解决方式。一种是将永磁体固定，使巨磁电阻传感器在它上方一定距离的直线范围内滑动，另一种则是将巨磁电阻传感器固定在一个位置，使永磁体移动。无论是哪一种方式，我们以永磁体为一个参照物，那么传感器就相当于在均匀梯度的磁场中移动，此时巨磁电阻传感器输出得到相应的位移量。这种测量位移的传感器应用也十分的广泛，如探测活塞在气缸的运动情况、机械加工切割的精度、电梯的升降系统等。值得一提的是，这种传感器已成功运用在机器人及机械手的控制系统，并使其智能化和拿取、放置物体，另外也使