[发明专利]一种可弯曲磁场测量装置及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磁传感器技术领域，涉及一种可弯曲磁场测量装置及其制备方法。

背景技术

传感器技术作为信息技术的三大支柱之一，可以将生活中各种待测量转换为便于监测和控制的物理量。而磁场分布在世界的各个角落，通过对磁场的测量，可实现多种功能。针对快速发展的电子皮肤、智能穿戴、地磁导航等应用背景，近年来，有关柔性磁传感器的研究引起了广大科研人员的注意。公开号CN204575096U的专利公开了一种基于柔性压电材料PVDF和永磁体的柔性磁扭型磁电传感器，但其传感器摆放方式必须是垂吊式摆放，这限制了传感器的工作环境；公开号CN106018569A的专利公开了一种采用柔性磁铁和柔性弧形折回线圈的柔性磁传感器，该传感器根据洛伦兹力原理以及涡流损耗来实现无损检测；公开号CN102841132A的专利公开了一种基于柔性印刷线圈的柔性磁传感器，同样采用涡流效应来实现检测，该传感器主要用于高压电线缺陷检测，上述传感器大多数用于无损检测领域，适用领域比较局限。因此，本发明提出一种新的柔性磁传感器，这将为传感器的智能化提供一种新的方向。

发明内容

有鉴于此，本发明公开提出的一种可弯曲磁场测量装置及其制备方法，以解决磁传感器的柔性化问题。

为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种可弯曲磁场测量装置，包括自下而上依次层叠设置的柔性基底层、金属缓冲层、磁致伸缩层、压电薄膜层和保护层，所述压电薄膜层面对该保护层的对应侧上设有嵌于该保护层内的换能器层，所述换能器层由叉指换能器和反射栅构成谐振型结构。

采用上述方案，本装置的原理是通过柔性基底层应用于磁传感器中，且利用杨氏模量随着外界磁场的变化而发生改变，即杨氏模量的改变导致磁传感器谐振频率的变化，并通过测试谐振频率的变化即可实现对磁场的探测。

进一步，所述换能器层的谐振型结构采用单端对结构，包括一叉指换能器和位于该叉指换能器两侧的反射栅。

进一步，所述换能器层的谐振型结构采用双端对结构，包括呈间隔分布的两叉指换能器和位于该两叉指换能器两侧或中间的反射栅。

进一步，所述柔性基底层的厚度大于2倍的所述叉指换能器的全波波长；所述金属缓冲层的厚度为30～60nm；所述磁致伸缩层的厚度为0.5～1.5μm；所述压电薄膜的厚度为0.4～1μm；所述保护层的厚度为200～500nm。

进一步，所述柔性基底层的材料为聚脂、聚酰亚胺、液晶聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚丙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚乙烯对苯二甲酯、聚丙烯己二酯、聚四氟乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚砜、尼龙、PDMS中的任一种有机材料制备。

进一步，所述金属缓冲层的材料为Mo、Al、Cr、Ti、Pt或Ta中的一种。

进一步，所述磁致伸缩层的材料为FeCoSiB、FeGa、FeGaB、NiFe、FeCoB或FeSiB中的一种。

进一步，所述保护层的材料采用氧化物材料或压电薄膜层的材料。

进一步，所述压电薄膜层的材料为AlN、ZnO、PVDF或PZT中的一种。

本发明还提供一种由上述的可弯曲磁场测量装置的制备方法，具体包括如下步骤：首先，利用磁控溅射技术在柔性衬底层上沉积金属缓冲层；然后，再次利用磁控溅射技术对制备好的所述金属缓冲层上沉积磁致伸缩层；然后，继续利用磁控溅射技术对制备好的所述磁致伸缩层上沉积压电薄膜层；然后，结合光刻技术和刻蚀工艺对制备好的所述压电薄膜层上制得换能器层；最后，还是利用磁控溅射技术对制备好的所述换能器层上覆盖保护层。

本发明的有益效果是：本装置利用杨氏模量效应实现了一种不需要偏置磁场的声表面波磁传感器，由于ΔE效应本身对偏置磁场要求不高，所以可实现零偏置条件下也达到较高的灵敏度。还利用埋入式电极结构的设计，可以提升磁传感器的机电耦合系数并改善磁传感器的温度系数。在磁场的作用下，磁致伸缩层的杨氏模量发生改变，进而导致整个器件的等效杨氏模量发生改变，从而改变了声表面波谐振器的中心频率，并通过对中心频率偏移的测量可实现对磁场的测量。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明