磁傳感器在物聯(lián)網(wǎng)設備中發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用，因此要想設計出*佳、*有效/*具成本效益的物聯(lián)網(wǎng)設備，人們必然要充分了解這些傳感器的優(yōu)勢和劣勢。下面我們討論三種*流行的磁性技術(shù)。

無(wú)線(xiàn)技術(shù)的*新研究使得低成本、低功耗的SoC（片上系統）可以支持多種無(wú)線(xiàn)協(xié)議，如藍牙、ZigBee、Z-Wave和Ant+。通過(guò)這些SoC，開(kāi)發(fā)人員可以在家庭、商業(yè)、工廠(chǎng)和環(huán)境中設計設備，以及在人體和動(dòng)物體內作植入，以此感知環(huán)境并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信。我們通常把這種設備稱(chēng)為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設備。在IoT設備中常用到三種類(lèi)型的磁傳感器，它們分別是TMR（隧道磁阻）傳感器、裸簧 片開(kāi)關(guān)和霍爾傳感器。研發(fā)人員在決定為其設計選擇哪種磁傳感器時(shí)，他們應該知道選擇的方法是什么。

磁傳感器在物聯(lián)網(wǎng)設備中發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用，下面讓我們看一些例子。

接近感應是磁傳感器的常用方法。典型的例子是家庭**系統中常見(jiàn)的門(mén)窗傳感器（如圖1）。當把傳感器安裝在門(mén)、窗框或外殼上時(shí)，磁鐵安裝在傳感器附近的門(mén)或窗框上。當門(mén)或窗打開(kāi)時(shí)，傳感器檢測不到磁場(chǎng)就將狀態(tài)通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸傳送到**系統基站。

磁傳感器也能用來(lái)計算車(chē)輪和儀表的旋轉。在工廠(chǎng)設置中，測量液體流量的流量計（圖2）通常利用磁傳感器來(lái)感測葉輪的旋轉。而在自行車(chē)上，磁傳感器被用來(lái)計量車(chē)輪和曲軸的旋轉。

當磁傳感器用作磁性浮子和一系列傳感器共同測量液位時(shí)，這些傳感器可以隨著(zhù)液位移動(dòng)而感應浮子。這些應用都是利用固定表面上的磁傳感器與附近表面上的磁體一起工作，而其中磁體和傳感器是相對移動(dòng)的這個(gè)原理。

通常，物聯(lián)網(wǎng)設備需要模式選擇撥盤(pán)或擋板，允許用戶(hù)手動(dòng)選擇適當的模式或設置級別。傳統的實(shí)現方法是使用機械觸點(diǎn)，在轉盤(pán)旋轉時(shí)打開(kāi)和關(guān)閉。然而，隨著(zhù)時(shí)間的推移，電氣工程師發(fā)現機電觸點(diǎn)容易發(fā)生故障，可以用非接觸式的設計來(lái)替代，在每個(gè)模式位置使用磁性傳感器和旋轉的磁鐵來(lái)激活傳感器。

*后，觸發(fā)“通電”功能已成為越來(lái)越常見(jiàn)的磁傳感器應用。特別是對于密封的、小型電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設備，設計人員需要用一種方法使得設備在用戶(hù)主動(dòng)干預之外的情況下保持“關(guān)機”或“休眠”模式。一個(gè)很好的例子是可穿戴式連續血糖儀，用于測量并在患者、醫生和胰島素泵之間反饋血糖水平（圖3）。

機械開(kāi)關(guān)和電池“標簽”可以使設備斷電，但缺點(diǎn)是它們也使設備的電子裝置易受惡劣環(huán)境的影響。*好的方法是在密封裝置內部使用磁傳感器，該磁傳感器與裝置外部的小磁鐵耦合，通常嵌入到裝置的保護性包裝中。這樣，當從包裝中取出設備時(shí)（并且同時(shí)遠離磁體的磁場(chǎng)），傳感器輸出改變并且由電路“打開(kāi)”設備。這種方式不僅可以節省電池電量，還能為用戶(hù)提供“即時(shí)開(kāi)啟”或“開(kāi)箱即用體驗”。

磁傳感器性能的重要考慮因素包括功耗、靈敏度、輸出響應、尺寸、可靠性和成本。在幾種常見(jiàn)的磁傳感器中，每種選擇都有其與物聯(lián)網(wǎng)設備相關(guān)的優(yōu)缺點(diǎn)。

*簡(jiǎn)單、*長(cháng)的磁傳感器是古老的裸簧開(kāi)關(guān)。簧 片開(kāi)關(guān)是一種機電裝置，由兩個(gè)黑色金屬“簧 片”組成，每個(gè)金屬簧 片與導線(xiàn)相連，封裝在玻璃管內。磁場(chǎng)把兩個(gè)簧 片拉到一起，形成一個(gè)回路?；?片開(kāi)關(guān)常用于各種物聯(lián)網(wǎng)設備中，尤其是用于**系統、儀表和植入式醫療設備的門(mén)窗傳感器。

簧 片開(kāi)關(guān)*大的優(yōu)點(diǎn)是自身作為無(wú)源器件是不消耗功率的，此外它很簡(jiǎn)單、價(jià)格較低，并且靈敏度范圍有限。盡管如此，簧 片開(kāi)關(guān)卻有幾個(gè)明顯的局限性?；?片開(kāi)關(guān)的限制之一是尺寸。*常見(jiàn)的簧 片開(kāi)關(guān)長(cháng)度為10毫米，對于某些物聯(lián)網(wǎng)設備是可接受的，但對于許多需要小于1毫米平方范圍的傳感器尺寸的可穿戴和植入式設備則不太合適。

更小的簧 片開(kāi)關(guān)（長(cháng)度小至5mm）是非常昂貴且難以獲得。由于其機械特性和玻璃管設計固有的脆弱性，簧 片開(kāi)關(guān)的可靠性較差。包覆成型的簧 片開(kāi)關(guān)通過(guò)保護玻璃管和離開(kāi)管子的引線(xiàn)周?chē)拿芊饧?lái)提高可靠性，但這卻增加了成本和尺寸。

另一種經(jīng)受時(shí)間考驗的磁傳感器類(lèi)型是霍爾效應傳感器。霍爾效應是在電導體上產(chǎn)生電壓差（霍爾電壓），與導體中的電流和垂直于電流的外加磁場(chǎng)交叉。

作為固態(tài)CMOS技術(shù)，霍爾效應傳感器體積小，可靠性高且成本低?；魻杺鞲衅鞯?大缺點(diǎn)是比較消耗電流。大多數霍爾效應傳感器要消耗超過(guò)幾微安（μA）的電流，這對許多電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設備而言是個(gè)難題。

*后一類(lèi)磁傳感器是磁阻（MR）傳感器?；诖嬖诖艌?chǎng)的情況下導體的電阻將改變的原理，不同的磁共振技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為磁共振傳感器的基礎。

盡管所有這些傳感器都具有固態(tài)集成電路的優(yōu)點(diǎn)、體積小、成本低和可靠性高的特點(diǎn)，但隧道磁阻（TMR）傳感器實(shí)現了*高靈敏度和*低功率的組合。由于功耗低至-200nA以下，TMR傳感器代表了電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設備需要磁傳感器功能的一種范式轉變。此外，TMR傳感器是所有MR傳感器中*靈敏的，相當于*靈敏的簧 片開(kāi)關(guān)的靈敏度。而高靈敏度傳感器可以使用更小、更便宜的磁鐵或更長(cháng)的激活距離。

表1總結了簧 片開(kāi)關(guān)、霍爾傳感器和TMR傳感器的相對優(yōu)缺點(diǎn)。 在功耗、開(kāi)關(guān)頻率、可靠性、靈敏度、尺寸、抗噪性和成本方面，TMR傳感器相比其他磁傳感技術(shù)是處于優(yōu)越地位的。

一旦選擇了*適合您需要的傳感器技術(shù)，還需要決定以哪個(gè)傳感器輸出、傳感器極性響應、感應頻率和磁靈敏度等。然后是設計磁子系統所要面對的挑戰。（確定傳感器的方向、磁鐵的位置、磁鐵的尺寸和類(lèi)型，以滿(mǎn)足操作要求和限制成本）。

大多數電氣和機械產(chǎn)品設計工程師沒(méi)有經(jīng)驗、知識或工具來(lái)正確設計以及驗證磁感應設計。在這種情況下，這些物聯(lián)網(wǎng)設備設計師應選擇能提供專(zhuān)業(yè)應用工程支持、知識和工具的磁傳感器供應商，來(lái)幫助進(jìn)行磁傳感器的設計。

“物聯(lián)網(wǎng)”或許是一個(gè)行業(yè)流行詞，但它更是一個(gè)非常真實(shí)的趨勢，觸及了我們生產(chǎn)生活上許多不同的應用。雖然在萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代磁傳感器變革了人類(lèi)生產(chǎn)生活設備中的技術(shù)，但設備設計人員必須了解不同類(lèi)型的優(yōu)勢，這樣才能為其設計選擇*佳的解決方案。