[發(fā)明專利]一種基于隧道磁阻效應(yīng)的高靈敏微位移檢測裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011173646.1
• 申請(qǐng)日: 2020-10-28
• 公開（公告）號(hào): CN112344840B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金麗;易進(jìn);張瑞;辛晨光;李孟委
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)南通智能光機(jī)電研究院
• 主分類號(hào): G01B7/02
• 分類號(hào): G01B7/02;G01B7/30;G01R33/09;G01R33/00
• 代理公司: 太原榮信德知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14119
• 代理人: 楊凱;連慧敏

本發(fā)明屬于位移檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于隧道磁阻效應(yīng)的高靈敏微位移檢測裝置，包括下層基板部分、上層基板部分，所述上層基板部分設(shè)置在下層基板部分的上方，所述下層基板部分與上層基板部分相互平行，所述所述下層基板部分與上層基板部分之間無接觸；所述下層基板部分包括下層基座、回折蛇形線圈，所述回折蛇形線圈固定在下層基座上。本發(fā)明提出的微位移檢測裝置，采用了隧道磁阻效應(yīng)檢測位移變化，同時(shí)通過合理的空間布局產(chǎn)生兩路幅值、頻率相同，相位相差90°的信號(hào)，并引入了細(xì)分電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。具有檢測靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明用于微位移的測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于位移檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于隧道磁阻效應(yīng)的高靈敏微位移檢測裝置。

背景技術(shù)

高精度微位移測量技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)測量技術(shù)的重要發(fā)展方向和測量領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。目前，常用的微位移檢測方式包括壓阻式、電容式、壓電式、納米光柵式和隧道效應(yīng)式等。壓阻式是基于高摻雜硅的壓阻效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)的，高摻雜硅形成的壓敏器件對(duì)溫度有較強(qiáng)的依賴性，其由壓敏器件組成的電橋檢測電路會(huì)因溫度變化引起靈敏度漂移。電容式精度的提高依賴于電容面積的增大，但由于器件的微小型化，其精度因有效電容面積的縮小而難以提高。壓電效應(yīng)傳感器靈敏度易漂移，需經(jīng)常校正，歸零慢，不宜連續(xù)測試。納米光柵式檢測精度較高，但對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格，工藝加工難度大，且所需要的光源體積較大難以集成。

磁隧道結(jié)(MTJs)的一般結(jié)構(gòu)為鐵磁層/非磁絕緣層/鐵磁層(FM/I/FM)的三明治結(jié)構(gòu)。飽和磁化時(shí)，兩鐵磁層的磁化方向互相平行，而通常兩鐵磁層的矯頑力不同，因此反向磁化時(shí)，矯頑力小的鐵磁層磁化矢量首先翻轉(zhuǎn)，使得兩鐵磁層的磁化方向變成反平行。電子從一個(gè)磁性層隧穿到另一個(gè)磁性層的隧穿幾率與兩磁性層的磁化方向有關(guān)。若兩層磁化方向互相平行，則在一個(gè)磁性層中，多數(shù)自旋子帶的電子將進(jìn)入另一磁性層中多數(shù)自旋子帶的空態(tài)，少數(shù)自旋子帶的電子也將進(jìn)入另一磁性層中少數(shù)自旋子帶的空態(tài)，總的隧穿電流較大；若兩磁性層的磁化方向反平行，情況則剛好相反，即在一個(gè)磁性層中，多數(shù)自旋子帶的電子將進(jìn)入另一磁性層中少數(shù)自旋子帶的空態(tài)，而少數(shù)自旋子帶的電子也將進(jìn)入另一磁性層中多數(shù)自旋子帶的空態(tài),這種狀態(tài)的隧穿電流比較小。這一物理效應(yīng)正是基于電子在絕緣層的隧穿效應(yīng)，稱為隧道磁阻效應(yīng)?；谒淼来抛栊?yīng)的微位移檢測裝置具有檢測精度高、便于微型集成等優(yōu)勢。

對(duì)微位移的測量通常是依靠檢測電信號(hào)的變化，對(duì)于輸出電信號(hào)處理和分析能影響到檢測裝置的整體工作精度，對(duì)于外部的噪聲干擾，很大程度上需要經(jīng)過電路的處理進(jìn)行濾除，目前的隧道磁阻位移檢測以單路信號(hào)處理為主，其對(duì)噪聲的抑制能力有限。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述傳統(tǒng)的微位移測量對(duì)噪聲的抑制能力有限技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、制作成本低、便于調(diào)試的基于隧道磁阻效應(yīng)的高靈敏微位移檢測裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于隧道磁阻效應(yīng)的高靈敏微位移檢測裝置，包括下層基板部分、上層基板部分，所述上層基板部分設(shè)置在下層基板部分的上方，所述下層基板部分與上層基板部分相互平行，所述下層基板部分與上層基板部分之間無接觸；

所述下層基板部分包括下層基座、回折蛇形線圈，所述回折蛇形線圈固定在下層基座上；

所述上層基板部分包括上層基座、第一隧道磁阻結(jié)橋接結(jié)構(gòu)、第二隧道磁阻結(jié)橋接結(jié)構(gòu)、細(xì)分處理模塊、信號(hào)傳輸線，所述第一隧道磁阻結(jié)橋接結(jié)構(gòu)、第二隧道磁阻結(jié)橋接結(jié)構(gòu)均固定在上層基座上，所述第一隧道磁阻結(jié)橋接結(jié)構(gòu)、第二隧道磁阻結(jié)橋接結(jié)構(gòu)均通過信號(hào)傳輸線與細(xì)分處理模塊連接。

所述回折蛇形線圈采用回折型結(jié)構(gòu)，所述回折蛇形線圈包括線圈部分、空隙部分，所述線圈部分與空隙部分交錯(cuò)排列在下層基座上。

所述第一隧道磁阻結(jié)橋接結(jié)構(gòu)設(shè)置在線圈部分的正上方，所述第二隧道磁阻結(jié)橋接結(jié)構(gòu)設(shè)置在空隙部分的正上方。