文献综述（或调研报告）：
电晕放电的检测及定位对于电网设备的稳定运行至关重要。为此针对直流电晕放电进行磁场传感测量，基于隧穿磁阻传感器设计并制作能有效减少传感器自身对磁场造成畸变的传感测量装置，通过传感测量装置对电晕放电脉冲电流产生磁场的响应，实现对电晕电流及其磁场的测量。隧穿磁阻传感器具有精度高、频响快、线性范围宽、功耗小等优点，利用这一新型的传感器技术，有望开创直流电晕磁场的无损检测方法。
（1）电磁检测中的磁传感器
参考文献[8]描述了目前，在电磁无损检测中应用的磁传感器主要有感应线圈、霍尔元件、各向异性磁敏电阻(Anisotropic Magnetoresistance，AMR)、巨磁电阻（Giant Magnetoresistance，GMR）以及隧道磁敏电阻（Tunnel Magnetoresistance，TMR）等。感应线圈具有大量程、高精度、制作成本低等特点，在涡流检测、漏磁检测中应用十分普遍，但其测量的是磁感应强度的变化率，必须处在变化的磁场中或在磁场中运动才能工作，不能探测静态和缓慢变化的磁场，对低频交变的检测灵敏度低。霍尔传感器可直接测量磁场强度值的变化；在低频时也具有良好的响应能力，可测量10-7-10T的恒定磁场，也可测量频率10 Hz-100 MHz、磁感应强度5T的交变磁场，以及脉冲持续时间为几十微秒的脉冲磁场，但其功耗大、线性度差。AMR元件虽然灵敏度比霍尔元件高很多，但其线性范围窄；同时，以AMR 为敏感元件的磁传感器需要设置Set/Reset线圈对其进行预设/复位操作，制造工艺较复杂，线圈结构的设置在增加尺寸的同时也增加了功耗。GMR 元件较霍尔元件有更高的灵敏度，但其线性范围较小。TMR元件通常也用磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction，MTJ) 来代指，相对于霍尔元件具有更好的温度稳定性、更高的灵敏度、更低的功耗、更好的线性度，不需要额外的聚磁环结构; 相对于AMR元件具有更好的温度稳定性、更高的灵敏度、更宽的线性范围，不需要额外的Set/Reset线圈结构; 其相对于GMR 元件具有更好的温度稳定性，更高的灵敏度，更低的功耗，更宽的线性范围。图1 为从霍尔元件到TMR 前后四代半导体磁传感器的技术参数对比。
图1 四代磁传感器技术参数比对
（2）TMR传感器原理
参考文献[3]和[7]中讲述了TMR传感器原理，如图2所示，磁性膜／非磁性膜／磁性膜类型的磁隧道结（magnetic tunnel，MTJ）包括由铁磁性物质构成的自由层（free layer）、由非磁性金属氧化物组成的绝缘层（barrier layer）以及由抗铁磁性（anti-ferromagnet）、铁磁性物质两者共同组成的钉扎层（pinned layer）。２个电极位于MTJ的顶部和底部，外接电源驱动电子穿越MTJ，形成电流回路。根据电子自旋相关的隧穿效应，外接电源一定，当自由层、钉扎层两层的磁矩同向相互平行时，大量的电子穿越MTJ，此时MTJ呈现低阻态；当自由层、钉扎层两层的磁矩反向相互平行时，少量的电子穿越MTJ，此时MTJ呈现高阻态。由于非磁性膜的存在，解决了磁性多层膜中存在较强的层间交换耦合的问题，电子可以隧穿极薄的非磁性膜而保持其自旋方向不变，使微弱的磁场变化就可导致其磁电阻发生极大的变化，这就是隧道磁电阻（TMR）效应，因此TMR磁传感器具有极高的灵敏度，可用于磁场测量。
图2 磁隧道结示意图
