[發明專利]集成磁彈性傳感器

無效

• 申請號: 201010292171.8
• 申請日: 2010-09-27
• 公開（公告）號: CN101975591A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 周志敏;周勇;雷沖;陳磊;丁文
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01D5/12
• 分類號: G01D5/12
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種微機電技術領域的裝置，具體是一種集成磁彈性傳感器。

背景技術

軟磁金屬玻璃帶材在受到交流磁場脈沖激發時，由于磁彈性偶合作用，將在帶材中產生受迫機械振動，同時在帶材周圍空間發射變化磁通，并可以通過信號采集線圈對振動情況進行監測，當交流脈沖磁場激發停止時，帶材振動幅度將逐漸衰減，其振動頻率將由帶材本身幾何、物理參數以及所處環境條件決定。為了增加傳感器磁彈性偶合性能以增強振動幅度，通常需要疊加一個直流偏置磁場來抵消帶材的磁各向異性。帶材磁彈性傳感器共振頻率是傳感器材料性能和物理尺寸的函數，可表示如下：

f=12LEρ]]>

其中ρ是材料密度，E為材料彈性模量，L是傳感器徑向長度。

磁彈性傳感器的共振頻率還取決于所處的物理環境參數如環境溫度、質量載荷、壓力、應力、流速、黏度以及磁直流場，同時可以帶材表面涂敷一層化學或生物反應性材料層，通過其與測量目標反應時質量或彈性的改變可以對目標試劑進行測量，如濕度、氨、Ph、葡萄糖、二氧化碳以及生物試劑如血液等進行監測。

與其壓電傳感器如石英晶體微天平QCM以及表面聲波傳感器SAW相比，磁彈性傳感器帶材磁場激發和信號采集都是通過磁場信號進行的，不需要與電極相連接，具有無線的特點，因此適合于原位和實時監測，而且傳感器帶材價格便宜，加工方便可以通過剪切或激光加工，具有一次性使用的優點。

經文獻檢索發現C.A.Grimes等C.A.Grimes，C.S.Mungle，K.Zeng，M.K.Jain，W.R.Dreschel，M.Paulose?and?K.G.Ong在《Sensors》(傳感器，2003年3期：11-18)上發表了“AWireless，Passive，Magnetically-soft?Harmonic?Sensor?for?Monitoring?Sodium?HypochloriteConcentrations?in?Water”(一種用于水中次氯酸鈉含量監控的無線無源軟磁諧波傳感器)一文，該文提到的磁彈性傳感器采用兩個線圈，其中一個為8字方采集線圈，另一個用于激勵線圈，8字形線圈可以實現激勵信號在接受線圈背低的消除，可以實現帶材振動的實時檢測，但是其線圈通過手工饒制而成，尺寸教大，激發功率較大，而帶材簡單放置于線圈內部，位置難以精確定位。

M.K.Jain等M.K.Jain，Q.Cai?and?C.A?Grimes等人在《Smart?Mater.Struct.》(智能材料與結構，2001年10期：347-353)上發表“A?wireless?micro-sensor?for?simultaneous?measurementof?pH，temperature，and?pressure”(一種可以同時測量pH值，溫度和氣壓的無線微型化傳感器)一文，以及C.Ruan等人C.Ruan，K.Zeng，O.K.Varghese?and?C.A.Grimes在《Biosensors?andBioelectronics》(生物傳感器和生物電子，2004年20期：585-591)上發表“A?staphylococcalenterotoxin?B?magnetoelastic?immunosensor”(一種B型金黃色葡萄球菌腸毒素的磁彈性免疫傳感器)一文，采用單線圈來實現信號的激勵和檢測，但是其線圈也為手工繞制而成，存在尺寸較大，功率較大的問題，而且由于線圈只有一個，不能實現帶材振動的實時監測，而且還需要在進行激勵信號和接受信號的轉換，這對檢測信號電路的設計有高的要求。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種集成磁彈性傳感器，采用MEMS微機電系統加工技術實現采集線圈、接受線圈和帶材傳感器的集成制造，具有加工精度高，器件尺寸小，而且由于采用8字形采集線圈，可以消除激勵信號在接受線圈中的背底信號，實現振動信號的實時監測，并可以實現便攜式的特點，以及批量生產，可重復性強，在生產過程中具有廣泛的應用前景。