本發(fā)明專利技術(shù)公開一種新型諧振巨磁阻抗效應(yīng)磁敏感器件。該磁敏感器件通過將諧振效應(yīng)與巨磁阻抗效應(yīng)結(jié)合起來。將巨磁阻抗效應(yīng)器件等效為由一個(gè)等效電感和一個(gè)等效電阻串聯(lián)組成，再并聯(lián)一個(gè)匹配電容構(gòu)成LCR并聯(lián)諧振電路。實(shí)驗(yàn)表明，構(gòu)成諧振結(jié)構(gòu)后可以顯著增加原磁敏感器件的巨磁阻抗效應(yīng)，從而獲得更好的磁敏感靈敏度。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及磁傳感器領(lǐng)域，具體來說，是一種利用諧振結(jié)構(gòu)增強(qiáng)巨磁阻抗效應(yīng)的磁敏感結(jié)構(gòu)和器件。
技術(shù)介紹
磁傳感器一直在 現(xiàn)代技術(shù)中承擔(dān)著重要角色，并廣泛應(yīng)用于工程工業(yè)領(lǐng)域，如生物磁測(cè)量、地磁導(dǎo)航、地球勘探、高密度磁記錄系統(tǒng)、移動(dòng)電話等。用來實(shí)現(xiàn)磁傳感器的原理有很多，例如霍爾效應(yīng)、磁阻效應(yīng)、巨磁阻效應(yīng)、巨磁阻抗效應(yīng)、核進(jìn)動(dòng)、超導(dǎo)量子干涉儀、磁彈性效應(yīng)等。超導(dǎo)量子干涉儀是目前商品化的精度最高的磁傳感器，但因造價(jià)昂貴，難以小型化，限制了其應(yīng)用范圍。隨著先進(jìn)集成電路技術(shù)和商品化電子市場(chǎng)的發(fā)展，小型化、低成本、高靈敏度的傳感器獲得了更多的關(guān)注。近年來，巨磁阻抗效應(yīng)(GMI)磁傳感器順應(yīng)了這一發(fā)展趨勢(shì)，并且適用于MEMS技術(shù)。人們對(duì)GMI磁傳感器進(jìn)行了深入的研究，相繼在非晶帶、納晶絲(帶)、薄膜、三明治/多層膜結(jié)構(gòu)以及復(fù)合結(jié)構(gòu)等材料中均發(fā)現(xiàn)了 GMI效應(yīng)，這為GMI效應(yīng)在傳感器的實(shí)際應(yīng)用有了更多的材料選擇。對(duì)與GMI磁敏感器件的激勵(lì)方式和信號(hào)獲取方式也進(jìn)行了廣泛的研究，主要包括正弦波和方波激勵(lì)研究，偏置磁場(chǎng)、偏置電流等構(gòu)成的非對(duì)稱巨磁阻抗效應(yīng)(AGMI)研究，以及采用阻抗相位測(cè)量方式的研究。有報(bào)道稱，阻抗相位測(cè)量方式比傳統(tǒng)的阻抗幅值測(cè)量更有優(yōu)勢(shì)。除此之外，研究表明，采用LC諧振結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步增強(qiáng)巨磁阻抗效應(yīng)。商業(yè)化非晶絲的阻抗變化率可以達(dá)到1200%，據(jù)有關(guān)報(bào)道LC諧振增強(qiáng)的巨磁阻抗磁傳感器的阻抗變化率可以達(dá)到400000%，約是前者的333倍。這種LC諧振巨磁阻抗器件是采用微加工工藝制出微型線圈，在其內(nèi)部放入非晶材料，然后與電容并聯(lián)制成的。這種加工工藝相對(duì)復(fù)雜，涉及到加工工藝包括涂膜、光刻、電鍍等工藝，制備成本較高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)通過對(duì)諧振結(jié)構(gòu)對(duì)巨磁阻抗效應(yīng)的增強(qiáng)進(jìn)行了研究，采用商業(yè)化的CoFeSiB非晶帶和電容制作了諧振巨磁阻抗磁敏感器件，方式簡單，且制作成本低。諧振有兩種方式，分別為并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振。兩種諧振電路均包含電容器件和電感器件。串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路在某些方面有著截然相反的作用。本專利技術(shù)應(yīng)用的是并聯(lián)諧振電路。在某一特定的頻率，電路的相位為零，整個(gè)電路呈純電阻性，達(dá)到諧振狀態(tài)。電路的品質(zhì)因子Q越大，諧振峰越尖銳，現(xiàn)象越明顯。諧振電路在實(shí)際中有著重要的應(yīng)用，例如在振蕩器和濾波器電路中并聯(lián)諧振電路往往是其中的主要的組成部分。本專利技術(shù)是利用并聯(lián)諧振電路來提高磁傳感器的靈敏度。本專利技術(shù)將CoFeSiB非晶帶等效為由一個(gè)電感和一個(gè)電阻串聯(lián)組成，電感用Ls表示，電阻用Rs表示，電容C并聯(lián)在非晶帶的兩端。使用阻抗分析儀HP4294A分別測(cè)出電感Ls和電阻Rs。Ls和Rs的值與頻率有關(guān)，因此等效電感和等效電阻更確切的表示符號(hào)應(yīng)為Ls(f)和Rs(f)，其中f為測(cè)量頻率。在構(gòu)造諧振電路前，需要首先選擇出想要的諧振頻率f(l，然后根據(jù)公式(I)算出諧振頻率為f(l時(shí)的匹配電容C的電容值，且應(yīng)保證(§S)2>0，召"則么、式(1)權(quán)利要求1.一種新型諧振巨磁阻抗效應(yīng)磁敏感器件，其特征在于將具有磁阻抗效應(yīng)的磁敏感器件等效為由一個(gè)等效電感和一個(gè)等效電阻串聯(lián)組成，將電容直接連接在磁阻抗效應(yīng)的磁敏感器件的兩端。2.一種新型諧振巨磁阻抗效應(yīng)磁敏感器件的設(shè)計(jì)方法，其特征在于 第一步，將具有磁阻抗效應(yīng)的磁敏感器件等效為由一個(gè)等效電感和一個(gè)等效電阻串聯(lián)組成，等效電感Ls(f)和等效電阻Rs(f)分別使用阻抗分析儀測(cè)出，得到等效電感和等效電阻隨頻率的變化曲線； 第二步，選定一個(gè)諧振頻率，根據(jù)第一步中得到的等效電感隨頻率的變化曲線、等效電阻隨頻率的變化曲線，查找出與諧振頻率fo相應(yīng)的等效電感Ls (f0)和等效電阻Rs (f0)； 第三步，根據(jù)公式(I)計(jì)算出諧振頻率為&時(shí)，需要的匹配電容C:3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的匹配電容，首先根據(jù)公式I計(jì)算值選出標(biāo)稱值的電容；其次，對(duì)選出的標(biāo)稱值的電容的實(shí)際值進(jìn)行測(cè)量得到測(cè)量值，計(jì)算測(cè)量值與計(jì)算值的差值，如果所述的差值X滿足5pF ≤ X ≤ 15pF，將標(biāo)稱值的電容作為匹配電容并聯(lián)在非晶帶的兩端；否則，再次選出與差值X相應(yīng)標(biāo)稱值的電容與前面選出的標(biāo)稱值的電容進(jìn)行并聯(lián)構(gòu)成新的電容；再次進(jìn)行新的電容的電容值的測(cè)量，直到測(cè)量值與計(jì)算值的差值X滿足5pF≤X≤15pF。全文摘要本專利技術(shù)公開一種新型諧振巨磁阻抗效應(yīng)磁敏感器件。該磁敏感器件通過將諧振效應(yīng)與巨磁阻抗效應(yīng)結(jié)合起來。將巨磁阻抗效應(yīng)器件等效為由一個(gè)等效電感和一個(gè)等效電阻串聯(lián)組成，再并聯(lián)一個(gè)匹配電容構(gòu)成LCR并聯(lián)諧振電路。實(shí)驗(yàn)表明，構(gòu)成諧振結(jié)構(gòu)后可以顯著增加原磁敏感器件的巨磁阻抗效應(yīng)，從而獲得更好的磁敏感靈敏度。文檔編號(hào)G01R33/09GK102854479SQ20121034938公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日專利技術(shù)者王三勝, 褚向華 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種新型諧振巨磁阻抗效應(yīng)磁敏感器件，其特征在于：將具有磁阻抗效應(yīng)的磁敏感器件等效為由一個(gè)等效電感和一個(gè)等效電阻串聯(lián)組成，將電容直接連接在磁阻抗效應(yīng)的磁敏感器件的兩端。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王三勝，褚向華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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