（7）、超导量子磁强计（SQUID）
原理：约瑟夫逊效应，利用弱耦合超导体中超导电流与外部磁场间的函数关系而测量恒定或交变磁场的一种磁强计, 主要用于测量恒定的弱磁场。其特点是具有极高的灵敏度和分辨力。超导量子干涉器件( SQUID)是超导量子干涉磁强计的主要组成部分, 就其功能来说是一种磁通传感器。SQUID根据所使用的超导材料, 可分为低温超导 SQUID 和高温超导SQUID; 又可根据超导环中插入的约瑟夫森结的个数, 分为直流超导量子干涉器件(DC- SQUID)和交流超导量子干涉器件(RF- SQUID)。直流超导量子干涉器件(DC- SQUID)加有直流偏置, 制成双结的形式;交流超导量子干涉器件(RF- SQUID)由射频信号作偏置, 具体采用的是单结形式。
（8）、磁光效应磁强计
原理：基于磁光效应当偏振光通过磁场作用下的某些各向异性介质时, 会造成介质电磁特性的变化, 并使光的偏振面(电场振动面)发生旋转, 这种现象被称为磁光效应。磁光效应法即是利用磁场对光和介质的相互作用而产生的磁光效应来测量磁场的一种方法。根据产生磁光效应时通过介质(样品)的光是透射的还是反射的, 磁光效应具体又有法拉第( Farady)磁光效应和克尔(Kerr)磁光效应之分。磁光效应法可用于恒定磁场、 交变磁场和脉冲磁场的测量。 近年来, 随着基于磁致伸缩效应的光纤微弱磁场传感技术的发展, 光纤磁场测量仪器的灵敏度已可做得很高。
（9）震动样品磁强计（VSM）
原理： VSM采用电磁感应原理 ,测量在一组探测线圈中心以固定频率和振幅作微振动的样品的磁矩。对于足够小的样品,它在探测线圈中振动所产生的感应电压与样品磁矩、振幅、振动频率成正比。在保证振幅、振动频率不变的基础上 ,用锁相放大器测量这一电压 ,即可计算出待测样品的磁矩。震动样品磁强计实际上是一种感应线圈式磁强计。
综上所述，磁场测量的设备由于测量原理、 测量范围、 应用范围的不同而分很多种，将其特性列下表1所示：
6、几种MEMS磁强计的原理工艺及相关单位[9]~[21]
与传统的磁强计相比，微磁强计具有重量轻、研制周期短、造价低等特点。目前的 MEMS 磁强计主要有霍尔效应式磁强计、磁阻式磁强计、磁通门式磁强计、隧道效应式磁强计、谐振式磁强计等。
（1）、MEMS磁通门式磁强计(MFGM)[13]
研究单位：(1．清华大学精密仪器与机械学系； 2．中国科学与技术大学国家同步辐射实验室)
作者：杨建中1，尤政1，刘刚2，康春磊2，田扬超2
原理：MFGM从原理上而言，是遵循法拉第电磁感应定律和磁通门效应的。MFGM的基本结构包括三个部分：磁芯、激励线圈和检测线圈，见图1。磁芯采用高磁导率、低矫顽力的软磁材料做成。激励和检测线圈都以螺线管
的形式螺绕在磁芯上。这种单磁芯的简单结构形式，测量的是环境磁场矢量沿传感器敏感轴方向的磁场分量。
Memsmag的设计：
下图2是依据磁通门原理设计的基于MEMS技术的磁通门磁敏感器(MEMSMag)的结构示意图。这种微型磁通门磁敏感器结构具有对称结构、闭合磁路、差动形 式、柔性连接等显著特点。
图2 MEMSMag的结构示意图
该微型磁通门磁敏感器采用氧化后的硅做基底。磁芯呈方形形状的环状结构。磁芯每边长5mm，横截面长400um，厚20um。在拐角处为了降低磁感应强度变化的剧烈程度，进行倒圆角处理(内半径20um，外半径420um)。
图3 MEMSMag 的横截面结构图
磁芯的材料选用电镀工艺加工形成的镍铁合金软磁薄膜，其磁性能为各向同性，确保X和Y方向的磁芯结构、磁性能和电气性能等参数的对称。采用电镀工艺，与溅射镀、蒸发镀等工艺比较，能够容
易实现10一20um等较大厚度的软磁性磁芯薄膜的加工，获得更大的磁芯横截面面积。由于磁敏感器的灵敏度和磁芯的横截面积成正比，这样采用电镀工艺，增大磁芯的横截面积，也就提高了灵敏度。另一方面，磁通门式磁敏感器中，要求磁芯具有较大的有效磁导率、很小的矫顽力和较小的饱和磁场强度等磁性能。而电镀工艺形成的镍铁合金镀膜，具有良好的软磁性磁学性能，完全符合器件性能的要求。
这种环形的结构形状对磁通来说具有闭合磁路。和开路磁芯相比，具有闭合磁路的磁芯，对于磁通来说，由于软磁材料的磁导率远远大于周围空间空气的，所以磁力线几乎都在磁芯内部聚合，漏磁通极低，退磁场系数几乎为零。因此闭合磁路的方形环状磁芯几乎可以忽略退磁场的影响。磁芯的有效磁导率能够得到显著的提高，磁芯内的磁化强度和磁感应强度更容易达到饱和，形成更为陡峭的动态磁滞回线，只需要较小的凋制磁场就能实现对磁芯的过饱和磁化和励磁功耗的降低。磁芯四周共12个匝数和旋向都相同的线圈，每边3个，每个38匝。以螺绕方式缠绕在被绝缘过的磁芯上。在利用微细加工工艺时，每个线圈都是在相同的工艺步骤中形成，所以电气参数都是相同的。每一个线圈都可以作为激磁、检测或者补偿线圈。线圈的旋向
都相同，对于结构中心和两条正交轴线来说具有对称性。线圈的材料选用铜。底层的直导线每根长460um，宽15um，厚(高)10um；导线之间的间距30um，形成的节距(相邻两匝导线之问的距离)为45um。线圈具有立体的螺绕形式。平面线圈只能将一部分磁通包围在线圈内部。如果采用平面线圈形式，为了达到过饱和励磁，就需要更大的励磁电流或者是更多匝数的励磁线圈，这不利于功耗的降低。另外，对于检测线圈来说，未能将磁通全部包围在线圈内，为了获得感应电动势，就需要更多匝数的检测线圈，不利于尺寸的减小。还有一个原因，平面线圈多和开路的磁芯联合使用。对于开路磁芯来说，意味着较大的退磁场，和较小的表观磁导率，一方面降低了灵敏度，另一方面不利于磁芯的快速饱和。在磁芯和线圈之间由绝缘体材料填充，为一个
内含空腔的封闭结构。绝缘材料选用光刻胶经处理后形成，起到隔离支撑和电气绝缘的双层作用。在磁芯和底层导线之间的绝缘层厚度为10um，磁芯和顶层导线之间的绝缘层厚度也为10um。在磁芯侧面，磁芯和立柱导线之间的绝缘层宽度为20um。设计中将磁芯和检测线圈做成对称的差分形式，从结构上消除作为噪声的奇次谐波分量，加倍增强偶次谐波分量，提高输出信号中的信噪比。并且考虑到退磁场的影响，将磁芯的磁通路径设计成环状的闭合形式，以此来降低退磁系数，提高视在磁导率，使磁芯更容易进入过饱和状态。构成差动结构的方式有两种，如图4和5所示。一种方式是两个检测线圈分别螺绕在两个磁通反向的磁芯上，这时检测线圈内部的感应电动势正好是大小相等、极性相反，然后再将线圈同向串联。另外一种方式是单个检测线圈缠绕在两个内部磁通反向的磁芯上。