[實用新型]基于非晶態合金材料的高靈敏度磁場傳感器

有效

• 申請號: 201420806065.0
• 申請日: 2014-12-17
• 公開（公告）號: CN204241670U
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 王國安
• 申請（專利權）人: 王國安
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02;G01R33/05
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于磁場傳感器領域，特別是涉及一種基于非晶態合金材料的高靈敏度磁場傳感器。

背景技術

現有技術普遍使用單條(或多條并聯)高導磁率非晶絲、非晶薄膜或非晶帶作為磁芯，外繞有一個接收線圈或接收線圈+反饋補償線圈的結構。通過在磁芯上流過一個高頻交變電流或高頻脈沖電流作為激勵，并檢測此時接收線圈上的電壓信號來感測磁芯長度方向上的外加磁場，接收線圈上的電壓信號大小與外加磁場的大小相對應。

現有技術存在以下不足：

1.在磁芯上流過一個激勵電流時，該電流會在磁芯周圍產生一個環繞電流流動方向的磁場，由于接收線圈和該磁場的磁感線不能做到完全平行，兩者間存在一個很小的夾角，在激勵電流接通或斷開的瞬間，由激勵電流產生的磁場變化會在接收線圈上產生感性耦合，從而在接收線圈上形成一個感應電壓。該感應電壓會疊加到最終的輸出信號中，造成輸出信號失真，并降低輸出信號的信噪比。

2.在現有技術所采用的結構下，由于接收線圈和磁芯之間存在寄生電容，在磁芯上流過一個激勵電流時，磁芯與接收線圈間會產生容性耦合，從而在接收線圈上形成一個耦合電壓，該電壓會疊加到最終的輸出信號中，降低輸出信號的信噪比甚至造成放大器輸出的飽和。

3.由于非晶絲、非晶薄膜或非晶帶磁芯自身的多磁疇結構特性，利用現有技術開發的磁場傳感器均具有磁滯效應，即磁芯被外部磁場磁化后，傳感器輸出會發生偏移的現象。

發明內容

發明目的：解決上述現有技術中存在的不足，提出一種基于非晶態合金材料的高靈敏度磁場傳感器，以降低信號失真、提高傳感器輸出信號的信噪比，并達到控制傳感器的磁場檢測范圍和磁場靈敏度的目的。

技術方案：一種基于非晶態合金材料的高靈敏度磁場傳感器，包括絕緣基板1、高導磁率非晶絲、非晶薄膜或非晶帶做成的磁芯2、非磁性導電金屬3、結構對稱的非磁性金屬接收線圈4，其特征在于：

在絕緣基板1上放置或加工偶數條上下平行且首尾相連、相互串聯的磁芯2，每條磁芯2的左、右兩端分別連接一段非磁性導電金屬3；在串聯的磁芯2外部纏繞有一個或一組結構對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、最下部兩個磁芯2的某一端的非磁性導電金屬3并位于傳感器的一側，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，如圖7或圖8所示；

所述磁芯2具有如圖1、圖2所示的短軸異向性磁疇結構，磁芯的材料可為鈷(CoFeSiB、CoFeNiSiB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0.01um～100um，非晶絲的直徑范圍為2um～100um，磁芯的長度范圍為0.05mm～20mm；優選的，本發明中采用的是直徑為10um的CoFeSiB非晶絲作為磁芯，其長度為0.8mm；

所述金屬接收線圈4的線圈形式可以是微機電(MEMS)型線圈、普通繞線線圈、金屬薄膜型線圈等；

優選的，將每一條磁芯2切分為若干段等長的小段，每條小段之間使用非磁性導電金屬3連通(如圖9所示)；

在磁芯2的長度方向上存在一個外加磁場時，磁疇結構中的磁化方向將發生偏轉，如圖3、圖4所示，此時，在磁芯2上流過一個激勵電流，磁芯2中磁疇的磁化方向將被重新沿短軸方向排列，如圖5、圖6所示，該種排列改變了磁芯2的導磁率μ，并在磁芯2的長軸方向上形成一個磁通量的變化Δφ，該磁通量的變化被纏繞在磁芯2外部的接收線圈4感測到并轉化為一個電壓輸出信號，該電壓輸出信號在固定相位的波峰處(或波谷處)的幅值大小與磁芯2長度方向上外加磁場的大小相對應，其極性與外加磁場的方向相對應；

本發明在磁芯的上輸入端子a和下輸入端子b間施加一個激勵電流時，由于每條磁芯2首尾相連、相互串聯，所以相鄰上下兩條磁芯2的激勵電流方向相反，由激勵電流流過每條磁芯2所產生的磁場將相互抵消，不會在金屬接收線圈4上形成感性耦合，從而增加了輸出信號的信噪比，解決了上述現有技術的第“1”點不足；

本發明采用對稱纏繞方式的金屬接收線圈和偶數條串聯磁芯的結構，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，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，磁芯和接收線圈的兩對端子可以盡量遠離。這種結構使得激勵電流在磁芯上形成的電勢差通過容性耦合效應耦合到金屬接收線圈4上的影響降到最小，解決了上述現有技術的第“2”點不足；