[發(fā)明專利]一種基于霍爾效應(yīng)的新型磁場(chǎng)傳感器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211701633.6
• 申請(qǐng)日: 2022-12-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116047384A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王驍?shù)?/a>;原佳亮;袁奇;李海;顧黃晶;何邦樂(lè);楊天宇;周宏;周韞捷;王竟成;郭婉華;曹雨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)上海市電力公司
• 主分類號(hào): G01R33/07
• 分類號(hào): G01R33/07
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 夏健君

本發(fā)明涉及一種基于霍爾效應(yīng)的新型磁場(chǎng)傳感器，包括襯底、安裝在襯底上的二維材料霍爾條帶和電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)模塊，電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)模塊的數(shù)量為多個(gè)，各個(gè)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)模塊分別位于二維材料霍爾條帶上的不同位置，電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)模塊包括相互連接的接觸電極和導(dǎo)線端，導(dǎo)線端用于外接電路從而產(chǎn)生電流，接觸電極基于導(dǎo)線端的電流產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有能顯著提升磁場(chǎng)傳感器的靈敏度、可在提升磁傳感器性能的同時(shí)保持磁傳感器的小型化等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于霍爾效應(yīng)的新型磁場(chǎng)傳感器。

背景技術(shù)

磁傳感器作為現(xiàn)代傳感器產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要分支，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防、科技、醫(yī)療等領(lǐng)域。其主要被用于現(xiàn)代工業(yè)和電子產(chǎn)品中以感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)測(cè)量電流、位置、方向等物理參數(shù)。在現(xiàn)有的多種技術(shù)中，有不同類型的傳感器用于測(cè)量磁場(chǎng)或者其他參數(shù)。目前的磁傳感器類型包括磁電式傳感器、磁通門(mén)傳感器、霍爾傳感器、磁阻傳感器、磁共振磁力儀和超導(dǎo)量子干涉儀這幾類。這幾類磁傳感器均有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)所。

隨著各類便攜式設(shè)備和產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)小型化、高靈敏度的磁傳感器需求日益提高。然而，傳統(tǒng)的磁電式傳感器的線圈體積較大且只適合動(dòng)態(tài)測(cè)量，磁阻傳感器的噪聲較大且功耗較大，在低頻磁場(chǎng)檢測(cè)中很難表現(xiàn)優(yōu)異的特性，超導(dǎo)量子干涉儀需在低溫制冷環(huán)境下工作、制冷設(shè)備體積大，磁共振磁力儀僅適用于測(cè)量均勻的磁場(chǎng)，且抗干擾能力較差，因此需要研發(fā)新型磁傳感器來(lái)滿足便攜式設(shè)備對(duì)小型化、高靈敏度的磁傳感器的需求，同時(shí)也應(yīng)考慮到其抗干擾性、溫度穩(wěn)定性、以及低功耗的需求。

霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)設(shè)計(jì)的一種磁傳感器，霍爾效應(yīng)是指偏置電流流向一個(gè)周圍通有一定磁場(chǎng)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體時(shí)，產(chǎn)生的一種洛倫茲力使得載流子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏移，并在另一個(gè)方向聚集產(chǎn)生電勢(shì)差，而霍爾電壓與偏置電流大小與磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例。霍爾器件就是基于此原理進(jìn)行開(kāi)發(fā)而來(lái)的。

但目前的霍爾傳感器對(duì)于不同應(yīng)用場(chǎng)景的磁場(chǎng)測(cè)量能以適配，其測(cè)量的靈敏度難以滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種利用二維材料的霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高靈敏度的磁傳感器的基于霍爾效應(yīng)的新型磁場(chǎng)傳感器。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種基于霍爾效應(yīng)的新型磁場(chǎng)傳感器，包括襯底、安裝在襯底上的二維材料霍爾條帶和電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)模塊，所述電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)模塊的數(shù)量為多個(gè)，各個(gè)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)模塊分別位于所述二維材料霍爾條帶上的不同位置，所述電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)模塊包括相互連接的接觸電極和導(dǎo)線端，所述導(dǎo)線端用于外接電路從而產(chǎn)生電流，所述接觸電極基于導(dǎo)線端的電流產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。

進(jìn)一步地，所述新型磁場(chǎng)傳感器還包括電壓測(cè)量模塊，該電壓測(cè)量模塊分別連接兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)模塊中的接觸電極，測(cè)量出電壓信號(hào)，從而根據(jù)電壓信號(hào)判斷磁場(chǎng)的大小。

進(jìn)一步地，所述襯底的材質(zhì)為二氧化硅。

進(jìn)一步地，所述二維材料霍爾條帶的材料為二維材料，所述二維材料包括Cr1.2Te2。

進(jìn)一步地，所述二維材料霍爾條帶鋪設(shè)在所述襯底的表面，并受所述襯底支撐。

進(jìn)一步地，所述電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)模塊的數(shù)量為兩個(gè)。

進(jìn)一步地，兩個(gè)所述電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)模塊分別位于所述二維材料霍爾條帶的兩端。

進(jìn)一步地，根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)景的磁場(chǎng)大小選取對(duì)應(yīng)的二維材料，構(gòu)建所述二維材料霍爾條帶。

進(jìn)一步地，根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)景的安裝要求以及磁場(chǎng)的分布情況，確定所述襯底的長(zhǎng)度、寬度和厚度，以及二維材料霍爾條帶的長(zhǎng)度、寬度和厚度。

進(jìn)一步地，根據(jù)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)模塊的電流方向以及電動(dòng)勢(shì)的方向，確定接觸電極的安裝位置。