[發明專利]一種超高精度GMI超導復合磁強計優化方法

有效

• 申請號: 202011227072.1
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112307779B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 王三勝
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理有限公司 11562
• 代理人: 王穎

1.一種超高精度GMI超導復合磁強計優化方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一、通過對具有橫向各向異性結構的復合多層膜和具有縱向各向異性結構的復合多層膜的測試，得出磁阻抗比最大的結構并尋找最合適的驅動頻率；

步驟二、通過使用靜態磁場退火、電流退火、脈沖電流退火和應力退火對復合多層膜進行處理，得到其對復合多層膜磁性能的影響和規律；

步驟三、通過使用不同GMI材料體系組成的復合多層膜結構進行測試，獲得最大磁阻抗比的優化結構和材料體系；

步驟四、結合微觀結構觀察和理論分析復合多層膜結構與超導磁通變換器之間的耦合機制和影響因素，給出優化的人工復合結構以及實現的方法；

步驟五、通過對YBCO超導磁通變換器的材料制備、加工、后處理的測試以及超導環形狀尺寸的影響，從而獲得大的磁通變換比；

步驟六、搭建由信號發生電路、恒流源激勵電路、前置放大電路、檢波電路、濾波電路、差分放大電路、偏置反饋電路組成的基于巨磁阻抗/超導復合磁傳感器電路；

其具體制作步驟為先在單晶基底上，采用物理和化學方法，制備出高質量的YBCO超導薄膜；然后采用濺射技術制備鈍化薄膜；然后采用光刻曝光和離子束刻蝕工藝制作出超導磁通變換器；在此基礎上，采用濺射方法制作出GMI復合薄膜敏感結構；與此同時，進行理論分析與計算，揭示出器件性能的路線和機理，結合實際工藝過程，通過膜系設計，表面界面控制和優化，以及磁熱退火、應力退火的手段，全面提高器件的性能；搭建外部電路，最終制作出一個GMI/超導復合磁強計原理樣機；

所述步驟五中通過微細加工方法將超導薄膜加工成超導環；

該超高精度GMI超導復合磁強計優化方法對于超導磁通變換器和GMI多層膜敏感結構進行設計和優化，并提出采用三明治結構或者多層薄膜制備高靈敏GMI部件；

所述步驟二中通過退火、偏置磁場、偏置電流和外加應力對Co基非晶絲的GMI阻抗變化率以及磁場靈敏度的影響，使Co基非晶絲的GMI效應更好的應用于實際，通過在不同靜態磁場退火、電流退火、脈沖電流退火、應力退火處理條件下GMI效應的變化，獲得優化的處理條件。

2.根據權利要求1所述的一種超高精度GMI超導復合磁強計優化方法，其特征在于：所述步驟三中在傳統的多層膜結構A/B/A中的A層與B層之間插入二氧化硅絕緣層，即傳統的多層膜結構為CoSiB/Cu/CoSiB，則插入絕緣層的多層膜結構為CoSiB/SiO2/Cu/SiO2/CoSiB，由于絕緣層的存在，導致在A層和B層之間的電阻率差異的增強，使驅動電流僅流過導體層B，從而獲得了更大的GMI效應。

3.根據權利要求1所述的一種超高精度GMI超導復合磁強計優化方法，其特征在于：所述步驟五中設超導環的局部磁場放大因子為Q，則有式(1)

其中R為超導環內外徑的平均值，ω_c、ω_l分別為超導環狹窄區和環的寬度，當環的寬度遠小于平均半徑時α＝2，一般α＝1/2；

通過計算得出超導環隨著外徑的不斷變大以及狹窄寬度的不斷減小，其預期的理論放大倍數則在變大，為了達到高精度，超導環需要其放大倍數越大越好。

4.根據權利要求1所述的一種超高精度GMI超導復合磁強計優化方法，其特征在于：利用化學濕法刻蝕、離子束干法刻蝕、改性工藝和耐熔微掩膜制備工藝四種方法對超導環進行后處理。

5.根據權利要求1所述的一種超高精度GMI超導復合磁強計優化方法，其特征在于：所述步驟六中的信號發生電路產生高頻的激勵信號對YBOC超導薄膜進行激勵；恒流源激勵電路提供給復合多層膜結構穩定的恒流激勵；電路加入偏置線圈，在其中通直流電流，使其產生一個穩定的磁場，保證GMI復合薄膜敏感結構始終工作在最佳工作段；通過調節電流大小及線圈參數實現對敏感材料工作段的控制，另外加入偏置反饋回路有助于改善傳感器的非線性，提高穩定性。