基于非晶態(tài)合金材料的高靈敏度磁場(chǎng)傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于非晶態(tài)合金材料的高靈敏度磁場(chǎng)傳感器，在絕緣基板(1)上放置或加工偶數(shù)條上下平行且首尾相連、相互串聯(lián)的磁芯(2)，每條磁芯(2)的左、右兩端分別連接一段非磁性導(dǎo)電金屬(3)；在串聯(lián)的磁芯(2)外部纏繞一個(gè)或一組結(jié)構(gòu)對(duì)稱的非磁性金屬接收線圈(4)。磁芯的上輸入端子(a)、下輸入端子(b)相互靠近并位于傳感器的一側(cè)，而金屬接收線圈信號(hào)的上輸出端子(c)和下輸出端子(d)相互靠近并位于傳感器的另一側(cè)。本實(shí)用新型高靈敏度磁場(chǎng)傳感器降低了信號(hào)失真，提高了傳感器輸出信號(hào)的信噪比，且能方便控制傳感器的磁場(chǎng)檢測(cè)范圍和磁場(chǎng)靈敏度。
【專利說(shuō)明】基于非晶態(tài)合金材料的高靈敏度磁場(chǎng)傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于磁場(chǎng)傳感器領(lǐng)域，特別是涉及一種基于非晶態(tài)合金材料的高靈敏度磁場(chǎng)傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)普遍使用單條(或多條并聯(lián))高導(dǎo)磁率非晶絲、非晶薄膜或非晶帶作為磁芯，外繞有一個(gè)接收線圈或接收線圈+反饋補(bǔ)償線圈的結(jié)構(gòu)。通過(guò)在磁芯上流過(guò)一個(gè)高頻交變電流或高頻脈沖電流作為激勵(lì)，并檢測(cè)此時(shí)接收線圈上的電壓信號(hào)來(lái)感測(cè)磁芯長(zhǎng)度方向上的外加磁場(chǎng)，接收線圈上的電壓信號(hào)大小與外加磁場(chǎng)的大小相對(duì)應(yīng)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足:
[0004]1.在磁芯上流過(guò)一個(gè)激勵(lì)電流時(shí)，該電流會(huì)在磁芯周?chē)a(chǎn)生一個(gè)環(huán)繞電流流動(dòng)方向的磁場(chǎng)，由于接收線圈和該磁場(chǎng)的磁感線不能做到完全平行，兩者間存在一個(gè)很小的夾角，在激勵(lì)電流接通或斷開(kāi)的瞬間，由激勵(lì)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化會(huì)在接收線圈上產(chǎn)生感性耦合，從而在接收線圈上形成一個(gè)感應(yīng)電壓。該感應(yīng)電壓會(huì)疊加到最終的輸出信號(hào)中，造成輸出信號(hào)失真，并降低輸出信號(hào)的信噪比。
[0005]2.在現(xiàn)有技術(shù)所采用的結(jié)構(gòu)下，由于接收線圈和磁芯之間存在寄生電容，在磁芯上流過(guò)一個(gè)激勵(lì)電流時(shí)，磁芯與接收線圈間會(huì)產(chǎn)生容性耦合，從而在接收線圈上形成一個(gè)耦合電壓，該電壓會(huì)疊加到最終的輸出信號(hào)中，降低輸出信號(hào)的信噪比甚至造成放大器輸出的飽和。
[0006]3.由于非晶絲、非晶薄膜或非晶帶磁芯自身的多磁疇結(jié)構(gòu)特性，利用現(xiàn)有技術(shù)開(kāi)發(fā)的磁場(chǎng)傳感器均具有磁滯效應(yīng)，即磁芯被外部磁場(chǎng)磁化后，傳感器輸出會(huì)發(fā)生偏移的現(xiàn)象。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明目的:解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提出一種基于非晶態(tài)合金材料的高靈敏度磁場(chǎng)傳感器，以降低信號(hào)失真、提高傳感器輸出信號(hào)的信噪比，并達(dá)到控制傳感器的磁場(chǎng)檢測(cè)范圍和磁場(chǎng)靈敏度的目的。
[0008]技術(shù)方案:一種基于非晶態(tài)合金材料的高靈敏度磁場(chǎng)傳感器，包括絕緣基板1、高導(dǎo)磁率非晶絲、非晶薄膜或非晶帶做成的磁芯2、非磁性導(dǎo)電金屬3、結(jié)構(gòu)對(duì)稱的非磁性金屬接收線圈4，其特征在于:
[0009]在絕緣基板I上放置或加工偶數(shù)條上下平行且首尾相連、相互串聯(lián)的磁芯2，每條磁芯2的左、右兩端分別連接一段非磁性導(dǎo)電金屬3 ;在串聯(lián)的磁芯2外部纏繞有一個(gè)或一組結(jié)構(gòu)對(duì)稱的非磁性金屬接收線圈4 ;磁芯的上輸入端子a、下輸入端子b分別連通傳感器最上部、最下部?jī)蓚€(gè)磁芯2的某一端的非磁性導(dǎo)電金屬3并位于傳感器的一側(cè)，而金屬接收線圈的上輸出端子c和下輸出端子d相互靠近并位于傳感器的另一側(cè)，如圖7或圖8所示；
[0010]所述磁芯2具有如圖1、圖2所示的短軸異向性磁疇結(jié)構(gòu)，磁芯的材料可為鈷(CoFeSiBXoFeNiSiB或CoZrB)基非晶材料，或鎳(Ni)基非晶材料，或鐵(Fe)基非晶材料；非晶薄膜、非晶帶的厚度范圍為0.0lum?lOOum，非晶絲的直徑范圍為2um?lOOum，磁芯的長(zhǎng)度范圍為0.05mm?20mm ;優(yōu)選的，本發(fā)明中采用的是直徑為1um的CoFeSiB非晶絲作為磁芯，其長(zhǎng)度為0.8mm ；
[0011]所述金屬接收線圈4的線圈形式可以是微機(jī)電(MEMS)型線圈、普通繞線線圈、金屬薄膜型線圈等；
[0012]優(yōu)選的，將每一條磁芯2切分為若干段等長(zhǎng)的小段，每條小段之間使用非磁性導(dǎo)電金屬3連通(如圖9所示)；
[0013]在磁芯2的長(zhǎng)度方向上存在一個(gè)外加磁場(chǎng)時(shí)，磁疇結(jié)構(gòu)中的磁化方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖3、圖4所示，此時(shí)，在磁芯2上流過(guò)一個(gè)激勵(lì)電流，磁芯2中磁疇的磁化方向?qū)⒈恢匦卵囟梯S方向排列，如圖5、圖6所示，該種排列改變了磁芯2的導(dǎo)磁率μ，并在磁芯2的長(zhǎng)軸方向上形成一個(gè)磁通量的變化Δ φ，該磁通量的變化被纏繞在磁芯2外部的接收線圈4感測(cè)到并轉(zhuǎn)化為一個(gè)電壓輸出信號(hào)，該電壓輸出信號(hào)在固定相位的波峰處(或波谷處)的幅值大小與磁芯2長(zhǎng)度方向上外加磁場(chǎng)的大小相對(duì)應(yīng)，其極性與外加磁場(chǎng)的方向相對(duì)應(yīng)；
[0014]本發(fā)明在磁芯的上輸入端子a和下輸入端子b間施加一個(gè)激勵(lì)電流時(shí)，由于每條磁芯2首尾相連、相互串聯(lián)，所以相鄰上下兩條磁芯2的激勵(lì)電流方向相反，由激勵(lì)電流流過(guò)每條磁芯2所產(chǎn)生的磁場(chǎng)將相互抵消，不會(huì)在金屬接收線圈4上形成感性耦合，從而增加了輸出信號(hào)的信噪比，解決了上述現(xiàn)有技術(shù)的第“I”點(diǎn)不足；
[0015]本發(fā)明采用對(duì)稱纏繞方式的金屬接收線圈和偶數(shù)條串聯(lián)磁芯的結(jié)構(gòu)，使得磁芯的上輸入端子a和下輸入端子b可以相互靠近并位于傳感器的一側(cè)，而金屬接收線圈的上輸出端子c和下輸出端子d可以相互靠近并位于傳感器的另一側(cè)，磁芯和接收線圈的兩對(duì)端子可以盡量遠(yuǎn)離。這種結(jié)構(gòu)使得激勵(lì)電流在磁芯上形成的電勢(shì)差通過(guò)容性耦合效應(yīng)耦合到金屬接收線圈4上的影響降到最小，解決了上述現(xiàn)有技術(shù)的第“2”點(diǎn)不足；
[0016]優(yōu)選的，本發(fā)明將每一條磁芯2切分為若干段等長(zhǎng)的小段，每條小段之間使用非磁性導(dǎo)電金屬3連通，通過(guò)調(diào)整每段磁芯的長(zhǎng)度控制其在長(zhǎng)度方向上退磁因子的大小，從而達(dá)到控制傳感器的磁場(chǎng)檢測(cè)范圍和磁場(chǎng)靈敏度的目的；隨著每段磁芯長(zhǎng)度的縮短，磁芯長(zhǎng)度方向上的退磁因子隨之增大，磁場(chǎng)檢測(cè)檢測(cè)范圍變寬、磁場(chǎng)靈敏度變??；反之，磁場(chǎng)檢測(cè)范圍變窄、磁場(chǎng)靈敏度變大(如圖9所示)；
[0017]在沿磁芯長(zhǎng)度方向上施加一個(gè)恒定大小的外部磁場(chǎng)時(shí)，接收線圈的輸出信號(hào)幅值隨磁芯的條數(shù)增加而增大，本發(fā)明中采用100匝的普通繞線線圈和四條磁芯的結(jié)構(gòu)(如圖8)。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型每條磁芯首尾相連、相互串聯(lián)，相鄰上下兩條磁芯的激勵(lì)電流方向相反，由激勵(lì)電流流過(guò)每條磁芯所產(chǎn)生的磁場(chǎng)將相互抵消，從而不會(huì)在金屬接收線圈上形成感性耦合，增加了輸出信號(hào)的信噪比；對(duì)稱纏繞方式的金屬接收線圈和偶數(shù)條串聯(lián)磁芯的結(jié)構(gòu)，使得磁芯的兩個(gè)輸入端子相互靠近并位于傳感器的一側(cè)，而接收線圈的兩個(gè)輸出端子相互靠近并位于傳感器的另一側(cè)，磁芯和接收線圈的兩對(duì)端子可以盡量遠(yuǎn)離，使得激勵(lì)電流在磁芯上形成的電勢(shì)差通過(guò)容性耦合效應(yīng)耦合到金屬接收線圈上的影響降到最小。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是高導(dǎo)磁率非晶絲磁芯示意圖；
[0020]圖2是高導(dǎo)磁率非晶薄膜或非晶帶磁芯示意圖；
[0021]圖3是在高導(dǎo)磁率非晶絲磁芯長(zhǎng)度方向上存在一個(gè)外加磁場(chǎng)時(shí)磁疇結(jié)構(gòu)中的磁化方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)示意圖；
[0022]圖4是在高導(dǎo)磁率非晶薄膜或非晶帶磁芯長(zhǎng)度方向上存在一個(gè)外加磁場(chǎng)時(shí)磁疇結(jié)構(gòu)中的磁化方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)示意圖；
[0023]圖5是在高導(dǎo)磁率非晶絲磁芯長(zhǎng)度方向上存在一個(gè)外加磁場(chǎng)且在磁芯上流過(guò)一個(gè)反向的激勵(lì)電流時(shí)磁疇結(jié)構(gòu)中的磁化方向發(fā)生重置示意圖；
[0024]圖6是在高導(dǎo)磁率非晶薄膜或非晶帶磁芯長(zhǎng)度方向上存在一個(gè)外加磁場(chǎng)且在磁芯上流過(guò)一個(gè)反向的激勵(lì)電流時(shí)磁疇結(jié)構(gòu)中的磁化方向發(fā)生重置示意圖；
[0025]圖7是本發(fā)明磁場(chǎng)傳感器采用微機(jī)電型(MEMS)線圈時(shí)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖8是本發(fā)明磁場(chǎng)傳感器采用普通繞線線圈時(shí)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖9是本發(fā)明磁場(chǎng)傳感器中每一條磁芯切分為若干段等長(zhǎng)的小段時(shí)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0029]實(shí)施例:
[0030]一種基于非晶態(tài)合金材料的高靈敏度磁場(chǎng)傳感器，包括絕緣基板1、高導(dǎo)磁率非晶絲、非晶薄膜或非晶帶做成的磁芯2、非磁性導(dǎo)電金屬3、結(jié)構(gòu)對(duì)稱的非磁性金屬接收線圈4，在絕緣基板I上放置或加工偶數(shù)條上下平行且首尾相連、相互串聯(lián)的磁芯2，每條磁芯2的左、右兩端分別連接一段非磁性導(dǎo)電金屬3 ;在串聯(lián)的磁芯2外部纏繞有一個(gè)或一組結(jié)構(gòu)對(duì)稱的非磁性金屬接收線圈4;磁芯的上輸入端子a、下輸入端子b分別連通傳感器最上部、最下部?jī)蓚€(gè)磁芯2的某一端的非磁性導(dǎo)電金屬3并位于傳感器的一側(cè)，而金屬接收線圈的上輸出端子c和下輸出端子d相互靠近并位于傳感器的另一側(cè)，如圖7或圖8所示；
[0031]所述磁芯2具有如圖1、圖2所示的短軸異向性磁疇結(jié)構(gòu)，磁芯的材料可為鈷(CoFeSiBXoFeNiSiB或CoZrB)基非晶材料，或鎳(Ni)基非晶材料，或鐵(Fe)基非晶材料；非晶薄膜、非晶帶的厚度范圍為0.0lum?lOOum，非晶絲的直徑范圍為2um?lOOum，磁芯的長(zhǎng)度范圍為0.05mm?20mm ；
[0032]本實(shí)施例中采用的是直徑為1um的CoFeSiB非晶絲作為磁芯，其長(zhǎng)度為0.8mm ；
[0033]所述金屬接收線圈4的線圈形式可以是微機(jī)電(MEMS)型線圈、普通繞線線圈、金屬薄膜型線圈等；
[0034]本實(shí)施例中，將每一條磁芯2切分為若干段等長(zhǎng)的小段，每條小段之間使用非磁性導(dǎo)電金屬3連通(如圖9所示)；
[0035]在磁芯2的長(zhǎng)度方向上存在一個(gè)外加磁場(chǎng)時(shí)，磁疇結(jié)構(gòu)中的磁化方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖3、圖4所示，此時(shí)，在磁芯2上流過(guò)一個(gè)激勵(lì)電流，磁芯2中磁疇的磁化方向?qū)⒈恢匦卵囟梯S方向排列，如圖5、圖6所示，該種排列改變了磁芯2的導(dǎo)磁率μ，并在磁芯2的長(zhǎng)軸方向上形成一個(gè)磁通量的變化Δ φ，該磁通量的變化被纏繞在磁芯2外部的接收線圈4感測(cè)到并轉(zhuǎn)化為一個(gè)電壓輸出信號(hào)，該電壓輸出信號(hào)在固定相位的波峰處(或波谷處)的幅值大小與磁芯2長(zhǎng)度方向上外加磁場(chǎng)的大小相對(duì)應(yīng)，其極性與外加磁場(chǎng)的方向相對(duì)應(yīng)；在磁芯的上輸入端子a和下輸入端子b間施加一個(gè)激勵(lì)電流時(shí)，由于每條磁芯2首尾相連、相互串聯(lián)，所以相鄰上下兩條磁芯2的激勵(lì)電流方向相反，由激勵(lì)電流流過(guò)每條磁芯2所產(chǎn)生的磁場(chǎng)將相互抵消，不會(huì)在金屬接收線圈4上形成影響最終輸出信號(hào)的感應(yīng)電壓，從而增加了輸出信號(hào)的信噪比，解決了上述現(xiàn)有技術(shù)的第“I”點(diǎn)不足；
[0036]采用對(duì)稱纏繞方式的金屬接收線圈和偶數(shù)條串聯(lián)磁芯的結(jié)構(gòu)，使得磁芯的上輸入端子a和下輸入端子b可以相互靠近并位于傳感器的一側(cè)，而金屬接收線圈的上輸出端子c和下輸出端子d可以相互靠近并位于傳感器的另一側(cè)，磁芯和接收線圈的兩對(duì)端子可以盡量遠(yuǎn)離。這種結(jié)構(gòu)使得激勵(lì)電流在磁芯上形成的電勢(shì)差通過(guò)容性耦合效應(yīng)耦合到金屬接收線圈4上的影響降到最小，解決了上述現(xiàn)有技術(shù)的第“2”點(diǎn)不足；本實(shí)施例將每一條磁芯2切分為若干段等長(zhǎng)的小段，每條小段之間使用非磁性導(dǎo)電金屬3連通，通過(guò)調(diào)整每段磁芯的長(zhǎng)度控制其在長(zhǎng)度方向上退磁因子的大小，從而達(dá)到控制傳感器的磁場(chǎng)檢測(cè)范圍和磁場(chǎng)靈敏度的目的；隨著每段磁芯長(zhǎng)度的縮短，磁芯長(zhǎng)度方向上的退磁因子隨之增大，磁場(chǎng)檢測(cè)檢測(cè)范圍變寬、磁場(chǎng)靈敏度變小；反之，磁場(chǎng)檢測(cè)范圍變窄、磁場(chǎng)靈敏度變大(如圖9所示)；在沿磁芯長(zhǎng)度方向上施加一個(gè)恒定大小的外部磁場(chǎng)時(shí)，接收線圈的輸出信號(hào)幅值隨磁芯的條數(shù)增加而增大，本發(fā)明中采用100匝的普通繞線線圈和四條磁芯的結(jié)構(gòu)(如圖8)。
[0037]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)例而已，并不用以限制本發(fā)明，在發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于非晶態(tài)合金材料的高靈敏度磁場(chǎng)傳感器，包括絕緣基板(I)、高導(dǎo)磁率非晶絲、非晶薄膜或非晶帶做成的磁芯(2)、非磁性導(dǎo)電金屬(3)、結(jié)構(gòu)對(duì)稱的非磁性金屬接收線圈(4)，其特征在于: 在絕緣基板(I)上放置或加工偶數(shù)條上下平行且首尾相連、相互串聯(lián)的磁芯(2)，每條磁芯⑵的左、右兩端分別連接一段非磁性導(dǎo)電金屬⑶；在串聯(lián)的磁芯⑵外部纏繞有一個(gè)或一組結(jié)構(gòu)對(duì)稱的非磁性金屬接收線圈(4);磁芯的上輸入端子(a)、下輸入端子(b)分別連通傳感器最上部、最下部?jī)蓚€(gè)磁芯(2)的某一端的非磁性導(dǎo)電金屬(3)并位于傳感器的一側(cè)，而金屬接收線圈的上輸出端子(C)和下輸出端子(d)相互靠近并位于傳感器的另一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度磁場(chǎng)傳感器，其特征在于: 所述磁芯(2)具有短軸異向性磁疇結(jié)構(gòu)，磁芯的材料為鈷基非晶材料、鎳基非晶材料或鐵基非晶材料；非晶薄膜、非晶帶的厚度范圍為0.0lum?lOOum，非晶絲的直徑范圍為2um?lOOum，磁芯的長(zhǎng)度范圍為0.05mm?20mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度磁場(chǎng)傳感器，其特征在于: 所述金屬接收線圈(4)的線圈形式是微機(jī)電型(MEMS)線圈、普通繞線線圈或金屬薄膜型線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度磁場(chǎng)傳感器，其特征在于:將每一條磁芯(2)切分為若干段等長(zhǎng)的小段，每條小段之間使用非磁性導(dǎo)電金屬(3)連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度磁場(chǎng)傳感器，其特征在于:采用100匝的普通繞線線圈和四條磁芯的結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】G01R33/02GK204241670SQ201420806065
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】王國(guó)安 申請(qǐng)人:王國(guó)安