[發明專利]非晶絲在非軸向磁場作用下的巨磁阻抗建模方法

有效

• 申請號: 201710890013.4
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107748813B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 許洪光;路小菲;胡琴芳
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01R33/12
• 代理公司: 深圳市添源知識產權代理事務所(普通合伙) 44451
• 代理人: 羅志偉

本發明提出了一種非晶絲在非軸向磁場作用下的巨磁阻抗建模方法，首先利用LLG方程，對磁化矢量旋轉方程進行約束，建立非晶絲內部總能量的表達式；然后，根據體系自由能最小原理，建立磁化矢量運動方程，通過對運動方程求解得到非軸向磁場作用下非晶絲磁導率張量，利用磁場強度和磁感應強度的本征關系以及麥克斯韋方程，建立關于非晶絲環向和軸向磁場參量的電磁場方程；最后針對高頻和低頻的應用條件，對非晶絲電磁場方程的解進行簡化，使用高頻近似法和低頻近似法得到了非晶絲巨磁阻抗的一般表達式。本發明能精確建立非晶絲在非軸向磁場下的巨磁阻抗傳感模型，給出巨磁阻抗的計算方法。

技術領域

本發明屬于磁性材料傳感技術領域，具體涉及一種非軸向磁場作用下的巨磁阻抗建模方法。

背景技術

非晶絲磁導率高，矯頑力較小，具有顯著的磁阻抗效應以及低場下的高靈敏度，和現有的一些半導體器件、磁電阻器件、磁通門比較起來，非晶絲磁場傳感器兼具穩定性、高靈敏度、微型化和低功耗的優勢。非晶絲傳感器在工業、導航、軍事、安全、無損檢測、地磁及生物醫學等領域具有廣泛應用，例如，高密度磁記錄設備、微磁設備、軍用傳感器、交通監控、衛星飛行器檢測、工業設備控制、地磁傳感器等都應用了非晶絲傳感器。

非晶絲的阻抗張量包含直流阻抗部分以及交流阻抗部分，直流阻抗可以從經典電動力模型中得到，但為了得到交流阻抗，除了分析靜態磁化外還需要考慮高頻交流電激發的交變磁場引發的交流磁化。磁矩的電磁場需要滿足Maxwell方程，磁化轉動需要滿足Landau-Lifshitz方程。由于非軸向磁場下非晶絲磁化過程相當復雜，磁矩方程求解通常難以進行，并且幾乎不可能得到解析解。只有在某些限定條件下，比如忽略退磁場，交換作用以及內部應力，才可以對方程進行近似線性化，此時可以將磁導率可看作僅由磁矩的旋轉確定。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本發明提出了一種非晶絲在非軸向磁場作用下的巨磁阻抗建模方法,給出了非軸向磁場作用下非晶絲巨磁阻抗的計算方法。根據經典電動力模型，非晶絲的軸向巨磁阻抗正比于環向磁導率的開方，環向磁化過程主要是通過直流外磁場對環向磁導率的變化來體現，在相對較高頻率下，使用磁化矢量旋轉理論計算環向磁導率。

本發明具體通過如下技術方案實現：

一種非晶絲在非軸向磁場作用下的巨磁阻抗建模方法，所述方法用于非軸向磁場作用下非晶絲巨磁阻抗的計算，所述方法包括：首先利用LLG方程，對磁化矢量旋轉方程進行約束，建立非晶絲內部總能量的表達式；根據體系自由能最小原理，建立磁化矢量運動方程，通過對運動方程求解得到非軸向磁場作用下非晶絲磁導率張量；然后利用磁場強度和磁感應強度的本征關系以及麥克斯韋方程，建立關于非晶絲環向和軸向磁場參量的電磁場方程；最后使用高頻近似法和低頻近似法得到非晶絲巨磁阻抗表達式。

本發明的有益效果是：本發明提供了一種對非晶絲在非軸向外磁場下的巨磁阻抗作用機理的建模方法，使用該方法計算的結果可以分析非晶絲在非軸向外磁場下的巨磁阻抗特性。本發明能夠得到非晶絲最佳的工作環境，在特定的外界參數范圍內可以制備靈敏度高、低功耗、微型化的磁敏傳感器。本發明可以極大提高非晶絲磁場傳感器的檢測精度，強化其對空間方向磁場的分辨能力，擴大巨磁阻抗的應用范圍。可以用于高密度磁記錄設備、工業設備控制、交通測量和監控、電子磁羅盤、微磁醫療設備等方面。

附圖說明

圖1是非晶絲工作原理圖；

圖2是磁化強度與外磁場以及等效各向異性場的角度示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖說明及具體實施方式對本發明進一步說明。

本發明結合人體工程學與體育健康測量等先驗知識提出全新的特征點標記方法，標記結果具有更高的準確性。特征點可根據實際需求增加或減少特征點數目與位置。具體的各個部位特征點定義規則及標定方法如下。