[发明专利]微型正交激励磁通门传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁通门传感器，特别是涉及一种微型正交激励磁通门传感器。

背景技术

磁通门是一种具有良好综合性能的磁场分量传感器。微型化正交激励磁通门体积小、重量轻、结构简单，线性测量范围容易调节，但存在灵敏度低和激励效率低的技术问题。

参照图9。文献“An orthogonal fluxgate-type magnetic microsensor with electroplated permalloy core.Sensors and Actuators A:Physical,2007,135(1):43-49”公开了一种正交结构的微型磁通门结构及其制备方法。采用一根电镀Cu线作为激励线1；用电镀NiFe合金包覆Cu制激励线1作为铁芯2；在玻璃基底3上溅射制备平面螺旋线圈作为测量线圈4；激励线和感应线圈两端分别引出激励线焊盘5和感应线圈焊盘6。其增加线性测量范围的方法是，通过缩短铁芯长度增加被测磁场方向退磁系数。

文献所述的微型化正交激励磁通门只有一根铁芯，其铁芯横截面积小，灵敏度低；平面结构的测量线圈与铁芯耦合不够紧密，也造成灵敏度降低；缩短铁芯长度增加了被测磁场方向退磁系数，同样工艺条件下测量线圈匝数减少都将引起灵敏度下降。这种结构本身激励线的阻抗就偏小，缩短铁芯长度后激励线阻抗就更小。磁通门本身功耗低的原因是激励线圈电阻小、激励电压小，但激励电流并不小。在恒压供电的电路中，大部分功率没有供给磁通门，而是消耗在了驱动电路上。这将造成驱动效率低、驱动电路负荷过大的问题。

发明内容

为了克服现有磁通门传感器灵敏度低的不足，本发明提供一种微型正交激励磁通门传感器。该传感器采用正交激励工作模式，具有呈S型排列的多组激励线和铁芯，激励线和铁芯的组数根据对功耗和灵敏度的需求可调；具有分段铁芯结构，铁芯分段的多少根据对线性测量范围的需求可调；具有与铁芯紧密耦合的三维螺线管结构感应线圈，三维螺线管线圈的上下层之间的连通部分由多个连接导体组成。本发明所公开的磁通门采用S型排列的多组激励线和铁芯增加了铁芯截面积，且不增加激励电流，解决了铁芯截面积过小的问题；采用三维螺线管保证了感应线圈与铁芯的紧密耦合，有利于灵敏度的提高；采用分段铁芯而非单纯缩短铁芯长度保证了增大线性测量范围的条件下不会因为次级线圈匝数的减小而导致灵敏度大幅下降；S型排列的多组激励线增加了传感器输入阻抗，提高了传感器工作电压，降低消耗在驱动电路上的无用功耗。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微型正交激励磁通门传感器，其特点是包括衬底1、激励线2、铁芯3、感应线圈4、绝缘层5、激励线焊盘6和感应线圈焊盘7。所述衬底1是带有SiO₂绝缘层5的Si衬底1，衬底1上S型排列着四根或二十根激励线2和分为一段或十段的铁芯3作为中间层，中间层被与之垂直的感应线圈4包围，感应线圈4与铁芯3之间由聚酰亚胺作为绝缘层5。衬底1用于为整个结构提供支撑。激励线2采用平行排列的多组Cu导线组成，这些平行导线在两边线端处通过与它们垂直的导线串行连接形成S型。激励线2和感应线圈4分别连接到位于衬底1上的激励线焊盘6和感应线圈焊盘7上。三维螺线管上下层通过通孔8连接，其两端分别连接到位于衬底1上的感应线圈焊盘7上，用于引线。

所述感应线圈4是三维螺线管线圈。三维螺线管的每一匝都与激励线2垂直，三维螺线管的一侧通过直角连接到间隔一匝的线圈，三维螺线管的另一侧转接的线圈形成一组螺线管，将两组螺线管串联形成感应线圈4。

所述三维螺线管中任意导线均与铁芯3垂直。

本发明的有益效果是：该传感器采用正交激励工作模式，具有呈S型排列的多组激励线和铁芯，激励线和铁芯的组数根据对功耗和灵敏度的需求可调；具有分段铁芯结构，铁芯分段的多少根据对线性测量范围的需求可调；具有与铁芯紧密耦合的三维螺线管结构感应线圈，三维螺线管线圈的上下层之间的连通部分由多个连接导体组成。本发明所公开的磁通门采用S型排列的多组激励线和铁芯增加了铁芯截面积，且不增加激励电流，解决了铁芯截面积过小的问题；采用三维螺线管保证了感应线圈与铁芯的紧密耦合，有利于灵敏度的提高；采用分段铁芯而非单纯缩短铁芯长度保证了增大线性测量范围的条件下不会因为次级线圈匝数的减小而导致灵敏度大幅下降；S型排列的多组激励线增加了传感器输入阻抗，提高了传感器工作电压，降低消耗在驱动电路上的无用功耗。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明微型正交激励磁通门传感器实施例1的结构示意图。