[發明專利]基于主輔線圈雙重激勵的低噪聲微型平面磁通門傳感器

有效

• 申請號: 201210465532.3
• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN102981131A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 雷沖;周勇;楊真;雷劍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01R33/04
• 分類號: G01R33/04
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及一種測量弱磁場的微型化磁通門傳感器，具體地，涉及利用基于微機電系統(Micro-Electro-Mechanical?Systems，MEMS)技術的集成微制造方法制造的一種基于主輔線圈雙重激勵的低噪聲微型平面磁通門傳感器。

背景技術

磁通門傳感器作為一種傳統的弱磁場檢測器件，一直有著其獨特的優勢而無法為其他磁場傳感器所取代，近年來更是不斷在新的領域發現其應用潛力，例如小型移動設備GPS定位、導彈慣性制導、小衛星方位姿態控制、虛擬現實空間內的動作檢測、對高清電視(HDTV)的地磁補償和點噪聲補償等。近年來，由于各種場的應用逐漸地擴展，對于器件的要求趨向于更薄、更輕、更便宜。相應地，磁通門傳感器也試圖變得更薄、更輕、更便宜。

傳統磁通門傳感器使用一個堅固的骨架作為基座，將軟磁帶狀磁芯固定于骨架上，然后在其上纏繞一個通過電流產生磁場的激勵線圈，和一個在激勵線圈誘發磁場基礎上檢測外部磁場效應的磁場感應線圈。這使得傳統磁通門傳感器的尺寸大、重量高、靈敏度低以及長期穩定性差。MEMS技術的發展為微型化磁通門傳感器的研制提供了一條有效可靠的途徑。與傳統磁通門傳感器探頭相比較，MEMS磁通門傳感器探頭結構緊湊，體積、質量小，安裝調試簡單，不怕震動撞擊，受環境溫度變化影響小。采用MEMS技術研制微型磁通門傳感器成為國內外研究開發的熱點。

經對現有技術的文獻檢索發現，J.Kubik等(L.Pavel?and?P.Ripka)在《IEEESENSOR?JOURNAL》(IEEE傳感器雜志)Vol.7，pp179-183，2007上發表了“Low-Power?Printed?Circuit?Board?Fluxgate?Sensor”(低能耗印刷電路板磁通門傳感器)一文。該文提及了一個由多層印刷電路板技術開發的微型磁通門傳感器，磁芯為跑道型結構，采用的是25微米厚的Vitrovac?6025X非晶合金薄帶，在10kHz下磁通門傳感器的靈敏度是94V/T，能耗只有3.9mW。由于制作過程中需要打出通孔來實現在磁芯上繞制線圈，傳感器可能會在通過過程中被損壞。另外，與MEMS技術相比，根據這種方法很難減小磁通門傳感器的尺寸。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于主輔線圈雙重激勵的低噪聲微型平面磁通門傳感器，其為基于MEMS技術的低噪聲微型平面磁通門傳感器，能精確檢測磁場。本發明采用類跑道型的矩形磁通門結構設計，激勵線圈與檢測線圈均繞制在磁芯長軸上，磁芯為矩形電鑄坡莫合金磁芯，磁芯長短軸寬度比為10∶1，傳感器具有靈敏度高、噪聲低以及能耗低的特點。其中，主激勵線圈對稱分布在磁芯平行的兩條長軸兩端，檢測線圈和輔助激勵線圈對稱分布在長軸中部，每兩組檢測線圈中間分布一組輔助激勵線圈，有效解決了微型磁通門傳感器磁芯由于退磁效應導致的內部磁場分布不均勻問題，以及磁滯問題，提高了激勵效率，降低了微型磁通門傳感器噪聲和能耗，提高了信號響應速度。

為了實現上述目的，本發明的基于主輔線圈雙重激勵的低噪聲微型平面磁通門傳感器，包括：襯底、主激勵線圈、輔助激勵線圈、檢測線圈、磁芯、電極、聚酰亞胺薄膜，其中，在磁芯平行的兩條長軸兩端對稱繞制四組主激勵線圈，在長軸中部對稱繞制三組檢測線圈和兩組輔助激勵線圈；位于同一長軸上的三組檢測線圈之間同向串聯，位于不同長軸上的檢測線圈之間反向串聯，在同一長軸上每兩組檢測線圈中間分布一組所述輔助激勵線圈，所述磁芯、主激勵線圈、輔激勵線圈和檢測線圈均由所述聚酰亞胺保護膜包覆以絕緣隔離，所述主激勵線圈、輔激勵線圈和檢測線圈均位于襯底表面，所述主激勵線圈和檢測線圈的兩端分別連接電極。

根據上述的基于主輔線圈雙重激勵的低噪聲微型平面磁通門傳感器，其中，所述襯底為石英玻璃。

根據上述的基于主輔線圈雙重激勵的低噪聲微型平面磁通門傳感器，其中，所述磁芯為矩形電鑄坡莫合金磁芯，磁芯長短軸寬度比為10∶1。

根據上述的基于主輔線圈雙重激勵的低噪聲微型平面磁通門傳感器，其中，所述主激勵線圈、輔激勵線圈和檢測線圈均為三維螺線管線圈，所述三維螺線管線圈由底層線圈、頂層線圈通過連接導體連接形成，同時所述主激勵線圈、輔激勵線圈和檢測線圈中每匝導體的線寬為50μm，各匝導體之間的間隙均為50μm。

根據上述的基于主輔線圈雙重激勵的低噪聲微型平面磁通門傳感器，其中，所述的磁芯、主激勵線圈、輔激勵線圈和檢測線圈均由聚酰亞胺薄膜絕緣、支撐并完全包覆固定為一個整體，與空氣隔離。