磁敏传感器详解：SQUID与各类磁敏传感器的工作原理

"本文主要介绍了磁敏传感器的种类和工作原理，特别关注了SQUID（超导量子干涉器）磁敏传感器。SQUID是由超导隧道结和超导体组成的闭合环路，其临界电流与环路中的磁通量成周期性关系，具有宏观量子干涉现象。此外，文中还提到了其他类型的磁敏传感器，如质子旋进式、光泵式、磁通门式、感应式、半导体以及机械式等。磁敏传感器是一种能够将磁学物理量转换为电信号的设备，广泛应用于各种磁场测量中。" 在磁敏传感器领域，SQUID（超导量子干涉器）是一种极为灵敏的设备，分为射频超导量子干涉器（RF SQUID）和直流超导量子干涉器（DC SQUID）。SQUID的工作基于量子力学的原理，其关键特性在于其临界电流与外加磁通量呈周期性变化，周期等于磁通量子φ0。这种周期性变化使得SQUID能精确地检测到非常微弱的磁场变化，从而在生物医学、地质探测、磁存储和高精度磁测量等领域有重要应用。 除了SQUID，磁敏传感器还包括质子旋进式磁敏传感器，这种传感器利用质子在外磁场中进行旋进运动的特性，通过测量质子旋进频率来确定磁场强度。质子旋进频率与外磁场强度成正比，其计算公式为f=γpT/2π，其中γp是质子的旋磁比，T为外磁场强度。 此外，还有光泵式磁敏传感器，它利用原子在光的作用下改变磁化状态来测量磁场。磁通门式磁敏传感器则通过检测线圈中磁通量的变化来感知磁场。感应式磁敏传感器依赖于电磁感应原理，当磁场变化时，传感器内部的感应电动势也会随之变化。半导体磁敏传感器，如霍尔器件、磁敏二极管、磁敏三极管和磁敏电阻，它们主要利用半导体材料在磁场作用下的电学性质变化来工作。机械式磁敏传感器则是通过物理结构对磁场的响应来转换信号。 光纤式磁敏传感器利用光纤的光学性质变化来测量磁场，具有抗电磁干扰、灵敏度高等优点。磁敏传感器的种类繁多，各自有着独特的原理和应用领域，共同构成了现代磁场测量技术的基础。