[发明专利]一种谐振型磁传感器敏感单元及数字频率输出磁传感器

说明书

本发明提出一种谐振型磁传感器敏感单元及数字频率输出磁传感器。磁传感器敏感单元包括高Q值谐振器、设置在高Q值谐振器上下两侧的磁致伸缩单元；所述磁致伸缩单元在磁场作用下产生磁致伸缩应力并将所述应力加载到所述高Q值谐振器上；所述高Q值谐振器与磁致伸缩单元之间设置有绝缘垫片，磁致伸缩单元产生的所述应力通过绝缘垫片的传递加载到所述高Q值谐振器上。本发明可用于静态、准静态和低频磁场的高灵敏度探测，且体积小、成本低。

技术领域

本发明涉及一种谐振型磁传感器结构，特别是具有数字频率输出的谐振型磁传感器敏感单元结构。

背景技术

传统的常用磁传感器种类主要有霍尔传感器、磁通门磁传感器、磁敏二极管磁传感器、磁敏三极管磁传感器、核磁共振磁传感器、巨磁阻抗传感器、电磁感应式磁传感器等。上述磁传感器输出为较弱的模拟信号，需要采用低噪声信号放大器、滤波器、A/D转换器、数字信号处理器等复杂电路和方法进行传感信号的处理，抗干扰能力不强

申请号为201510924509.X的发明专利申请提出一种频率转换输出的高Q值谐振磁传感器”，该谐振型磁场传感器通过测量谐振器谐振频率偏移来测量待测磁场，频率信号可通过频率计数器直接转化为数字信号，可从原理上降低噪声影响，具有很强的抗干扰能力，能够在恶劣环境下使用，并保证良好的性能。但该磁传感器磁敏感单元只包含一个磁致伸缩单元与谐振器复合，由于复合结构存在非对称性，磁致伸缩应力在传递的过程中产生力矩，导致整个结构发生弯曲变形，这大大降低了磁致伸缩应力的传递效率。因此，对于该谐振型磁场传感器来说，其灵敏度具有进一步提高的空间。

发明内容

本发明的目的在于提出一种具有高探测灵敏度的高Q值谐振型磁传感器结构，可用于静态、准静态和低频磁场的高灵敏度探测，且体积小、成本低。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种谐振型磁传感器敏感单元，包括高Q值谐振器、设置在高Q值谐振器上下两侧的磁致伸缩单元；所述磁致伸缩单元在磁场作用下产生磁致伸缩应力并将所述应力加载到所述高Q值谐振器上。

进一步，所述高Q值谐振器与磁致伸缩单元之间设置有绝缘垫片，磁致伸缩单元产生的所述应力通过绝缘垫片的传递加载到所述高Q值谐振器上。

进一步，所述高Q值谐振器、绝缘垫片以及磁致伸缩单元之间通过强力胶粘接复合在一起。

进一步，所述绝缘垫片设置在磁致伸缩单元的两端。

进一步，所述高Q值谐振器的电极暴露在所述谐振型磁传感器敏感单元结构之外。

进一步，所述高Q值谐振器为石英谐振器。

进一步，所述石英谐振器为两梁或者多梁结构。

进一步，位于石英谐振器一侧的磁致伸缩单元的长度与石英谐振器的长度相等，位于石英谐振器另一侧的磁致伸缩单元的长度比石英谐振器的长度稍短，从而在磁致伸缩单元与石英谐振器复合后，使石英谐振器的表面电极暴露在外。

进一步，所述磁致伸缩单元为矩形的磁致伸缩片。

本发明还提出一种数字频率输出的谐振型磁传感器，包括前述任意一敏感单元，还包多谐振荡器和频率计，高Q值谐振器任意一端的两个电极接入多谐振荡器电路中，多谐振荡器用于输出载有所述高Q值谐振器谐振频率的谐振信号，频率计用于根据所述谐振信号检测出谐振频率。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)相对于现有技术中的传感器结构来说，本发明传感器结构中磁致伸缩材料产生的磁致伸缩力能够更加高效的传递到谐振梁上，提高传感器的灵敏度；(2)本发明所述的磁传感器利用高Q值谐振器在磁致伸缩应力作用下输出的谐振频率产生变化的特性进行磁场检测，具有灵敏度高、响应速度快的特点；(3)本发明不采用线圈，不会产生焦耳热和电磁干扰；同时本发明采用高Q值谐振器，能够以微机电系统(MEMS)的方式实现，使得磁传感器探头成本低、体积小、制备简单。