[实用新型]桥式电阻巨磁阻抗效应磁场传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种弱磁场测量装置，尤其涉及一种利用巨磁阻抗效应进行磁场检测的桥式电阻磁场传感器。 

背景技术

磁场测量技术在工业、农业、生物、国防和宇航等多个领域都有着广泛应用，近年来，随着探测过程的不断深入，对磁测量的测量要求也在不断提高。而传统磁测量器件已无法满足使用和性能要求。 

1992年，日本名古屋大学的K.Mohri教授等在CoFeSiB软磁非晶丝中发现了巨磁阻抗(GMI)效应，其阻抗变化率ΔZ/Z0在几Oe磁场作用下可达50％，比金属多层膜Fe/Cu或Co/Ag在低温且高磁场强度下观察到的巨磁电阻效应高一个数量级。因其优异的磁性能和高灵敏度，为新型磁敏传感器件的开发提供了可能，所以，近二十年来，关于GMI效应的研究引起了学界广泛关注，其开发价值不断提升。 

目前，随着非晶丝材料制作工艺的日渐成熟，用这种材料制作的产品表现出很多优异性能，如：体积小、磁阻抗效应大、灵敏度高、响应速度快、对温度的变化具有相对稳定性、饱和磁致伸缩系数几乎为零等。使用GMI非晶丝制成的GMI元件与现有的半导体磁敏元件(霍尔元件等)、磁阻元件、磁通门传感器和巨磁一电阻元件相比，可以集微型化、高灵敏度、高速响应、温度稳定性和低功耗于一身，不仅可作为现在市场上各种磁传感器的更新换代产品，而且具有现产品无法比拟的特性，可极大扩展磁传感器的应用范围和场合。 

而如何构建磁敏非晶丝探头的结构，设计高性能的微弱信号处理单元，提高磁场传感器的使用性能，就成为本实用新型所要解决的问题。 

发明内容

鉴于上述情况和不足，本实用新型旨在提供一种磁敏非晶丝探头结构合理，信号处理性能优异，灵敏度高、频带宽、稳定性好的用于弱磁场信息有效监测的桥式电阻巨磁阻抗 效应磁场传感器。 

巨磁阻抗效应的产生过程为高频激励信号作用于近零磁致伸缩系数的非晶丝两端，由于非晶丝材料内部的畴壁位移和磁畴转动引起磁导率发生改变，阻抗Z会沿丝轴方向施加的外磁场发生巨大变化，导致非晶丝两端的电压值随之发生变化，通过信号处理电路得到电压值随外磁场的变化曲线，就可通过电压值反映出磁场的变化情况，达到对弱磁场检测和捕捉的目的。 

本实用新型是通过以下技术来实现的： 

一种桥式电阻巨磁阻抗效应磁场传感器，包括桥式GMI探头、反馈线圈、偏置线圈以及与桥式GMI探头形成闭合磁通负反馈回路的信号处理单元。桥式GMI探头由桥式连接的纯电阻与磁敏材料非晶丝串联组成，磁敏材料非晶丝固定在电路板上，磁敏材料非晶丝外套有绝缘陶瓷管；反馈线圈和偏置线圈分别独立缠绕在绝缘陶瓷管上；信号处理单元包括高频激励信号发生电路、偏置电路、负反馈电路和基准电压源，以及顺序电连接的前置差分运算放大器、检波电路、低通滤波器和后置差分放大器。高频激励信号发生电路连接在桥式GMI探头的纯电阻一端与检波电路之间；偏置电路连接在桥式GMI探头的偏置线圈上；负反馈电路连接在信号处理单元的信号输出端与桥式GMI探头的反馈线圈之间；基准电压源连接在后置差分放大器上。 

所述磁敏材料非晶丝为直径30um、长度15mm的CoFeSiB非晶丝。 

所述检波电路为斩波器。 

本实用新型所述的桥式电阻巨磁阻抗效应磁场传感器的有益效果为： 

磁敏材料采用具有零磁滞伸缩系数、超软磁性能、旋转水中纺丝法制成的Co基非晶丝，通过在Co基非晶丝外围的绝缘陶瓷管上缠绕相对独立的反馈线圈和偏置线圈，利用反馈线圈与信号处理单元的反馈电路形成闭合的磁通负反馈回路，来改善磁探头的线性度，提高了频率响应及温度稳定性；同时，利用偏置电路与偏置线圈调节磁敏材料非晶丝的线性工作点，使探头处于线性工作区，并且获得了较高的灵敏度。而信号处理单元的微弱信号拾取采用斩波器进行信号调制和解调放大，可获得更高的信噪比，大大提高了信号处理的可靠性和稳定性。整个结构设计中，GMI探头结构合理，信号处理单元性能优异，处理后的探测信号灵敏度高、频带宽、稳定性好，特别适合对弱磁场信息的捕捉和监测。 

附图说明

图1为本实用新型所述桥式电阻巨磁阻抗效应磁场传感器的结构不意图； 

图2为磁敏非晶丝固定过程的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图1、图2对本实用新型做进一步的描述： 

本实用新型所述的桥式电阻巨磁阻抗磁场传感器，包括桥式GMI探头、反馈线圈3、偏置线圈2以及与桥式GMI探头形成闭合磁通负反馈回路的信号处理单元。