随着科技发展与社会进步,电信号已成为上至国防安全与科学研究下至人民生活与工业生产,大至国家电网与航空航天小至家用电器与精密仪器中不可或缺的要素,承载着能量传输与信息通讯等非常重要的角色。在多种电学参量(如电容、电感、电流、电压等)中,电流是最为基础也是最重要的电学参量,被广泛应用于人工智能、工业生产控制、军事、航空航天、医疗、环境监测等各个领域;其中作为检测器件的电流传感器经过多年发展,原理与形式多种多样,适用的领域与场合也各有不同,近年来基于磁阻效应(MR)的电流传感器随着半导体技术的进步飞速发展,在其多种形式中基于隧道磁电阻(TMR)元件的传感器由于其具有更好的温度稳定性、更宽的线性范围,同时功耗低、结构简单、成本低廉,整体性能优越,逐渐成为国内外传感器领域的研究热点。本文面向高精度电流检测领域,基于目前市场上现存的电流传感器存在检测稳定性较弱、系统结构复杂,不能对多线电缆实现非侵入式检测等不足之处,首次将TMR与悬臂梁结合,设计一种TMR-悬臂梁复合式电流传感器,通过构建其力-磁耦合理论模型,实现了高灵敏度、高线性度的电流检测;并在此基础上对其进行结构优化,形成自供电电流检测系统。本文设计的TMR-悬臂梁复合式电流传感器以TMR为感测单元,末端附着有永磁铁的悬臂梁为非线性放大单元,探究末端附着有永磁铁的悬臂梁分别在直流与交流电流作用下的变形规律,并研究长方体永磁铁磁场的磁感应强度分布特征来确定其线性检测区间,以探索TMR在永磁铁空间位置改变后所受到磁感应强度的变化规律,最终建立了待测电流与TMR输出电压之间的数学模型。在实验层面验证了本文所设计电流传感器与传统的TMR电流传感器相比,灵敏度可提高一个数量级,同时具有良好的线性度;并探究距离变量及尺寸变量对传感器输出电压影响的敏感程度,同时对实验结果的差异现象进行简要分析。由于所设计TMR电路所需功率在毫瓦级,可对传感器进行结构优化,在实现高灵敏度电流检测的同时进行能量采集,形成自供电检测系统;在建模过程中发现利用压电悬臂梁也可实现电流检测,探究由于磁场梯度非线性所产生的非线性误差,设计误差抑制方案并通过实验验证其有效性。本文通过电流弱磁场驱动永磁铁强磁场空间移动进而实现高灵敏度电流检测,对电流传感器领域有一定借鉴意义。