[发明专利]一种纵向驱动式磁阻抗元件

说明书

技术领域

本发明属于一种磁敏传感器件技术领域，具体涉及一种纵向驱动式磁阻抗元件。

背景技术

随着信息科技的发展，对信息采集的最基本元件长—传感器提出了越来越高的要求。1992年，日本名古屋大学的Mohri教授首次在钴基非晶丝中观测到巨磁阻抗（Giant Magneto-impedance，GMI）效应：在几个奥斯特的磁场下其磁阻抗变化率高达50%以上，灵敏度比巨磁阻效应高一个数量级，有关内容请参考文献：[K.Mohri,K.Kawashiwa,H.Yoshida,et al.IEEE Trans.Magn.1992,(28):3150]。此后，巨磁阻抗效应逐渐成为研究热点。以非晶态软磁材料的巨磁阻抗效应为基础开发的磁敏传感器具有高灵敏度、响应速度快、微型化、低功耗等优点，符合传感器的发展趋势，展现出广阔的应用前景。

巨磁阻抗效应反映的是材料的弱场交流磁化随外加磁场的变化，它主要受到材料本身的磁性能和驱动场的影响。现有磁阻抗元件的结构通常是将芯体样品接入检测电路，使交变电路通过该样品，此时产生的驱动磁场垂直于样品轴向，被称为“横向驱动方式”，所产生的巨磁阻抗效应被称为“横向巨磁阻抗效应”。例如，申请号为CN200980122231.7的中国专利公开的磁阻抗传感器元件就是采用横向驱动方式，将磁性非晶丝样品焊接入激励电路，使交变电路通过该样品产生横向的驱动磁场。

但是，这种横向驱动方式往往存在以下不足：

（1）磁阻抗变化率相对较小，造成其灵敏度较低。

（2）由于磁性非晶芯体材料“竹节状”的磁畴分布，横向驱动条件下磁阻抗随外磁场的变化曲线多为“双峰”状，造成近零磁场附近的线性度无法保证[L.Kraus,H.Chiriac,T.A.J Magn Magn Mater.2000(215):343]。为此，当其应用在磁敏传感器上时往往需要附加一个直流偏置磁场，或者对芯体材料进行二次热处理以提高其磁畴取向度、避开近零场的非线性区。但是，这不仅增加了电路设计的难度，也影响了传感器的稳定性；

（3）磁性非晶芯体材料接入电路时往往需要粘结、焊接等工艺，其中焊接较牢固，但是焊接工艺却存在如下问题：首先，该磁性非晶芯体材料往往呈细条状，因此对焊接工艺要求很高；另外，焊接过程中的二次加热也容易恶化磁性非晶芯体材料的软磁特性，造成磁阻抗变化率的下降；此外，焊接过程会影响接入电路的磁性非晶芯体材料的长度和应力，从而会恶化该材料的软磁性能，最终影响传感器件的稳定性和一致性。

从传感器研制的角度出发，磁阻抗的变化率以及随外磁场变化的线性度是至关重要的参数。因此，如何进一步提高磁阻抗元件的灵敏度、线性度、稳定性和经济适用性是科技工作者需要研究的课题之一。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述现有磁阻抗元件的不足，提供一种新型结构的磁阻抗元件，其具有较高的灵敏度、线性度与稳定性，适用于高磁敏传感器件。

为了实现上述技术目的，本发明人发现，与横向驱动方式相比，当采用纵向驱动方式时，具有如下（1）（2）所述的预想不到的有益效果：

所述的纵向驱动方式是指：将磁性非晶芯体材料插入激励线圈内，使该材料和激励线圈组成一个等效阻抗元件，交流电流不直接流经该磁性非晶芯体材料，而是流经激励线圈产生交流驱动磁场，该交变驱动磁场平行于该芯体材料的长轴方向，因而被称为“纵向驱动方式”，所产生的巨磁阻抗效应被称为“纵向巨磁阻抗效应”。

（1）在横向驱动方式下，磁性非晶芯体材料接入激励电路，在驱动电流作用下产生趋肤效应，施加外磁场，使磁导率降低，趋肤深度增大导致阻抗值随外加磁场增大而降低；另外，由于磁性非晶芯体材料“竹节状”的磁畴分布，横向驱动条件下磁阻抗随外磁场的变化曲线多为“双峰”状，造成近零磁场附近的线性度无法保证，阻抗变化率小于1000%；

在纵向驱动方式下，由磁性非晶芯体材料和激励线圈共同组成等效阻抗元件，等效元件的电感量决定了阻抗的变化率，因此一方面能够弱化磁性非晶芯体材料“竹节状”的磁畴分布对阻抗变化曲线的影响，同时能够大幅度提高阻抗随外磁场的变化率，其阻抗的变化率甚至可以超过50000%。

（2）在纵向驱动方式下，磁性非晶芯体材料插入激励线圈内即可，无需焊接工艺，因此一方面简化了制备流程，避免了因焊接工艺造成的芯体材料长度不一致的问题；另一方面克服了焊接过程引入的热量和应力造成的芯体材料磁性能恶化的问题。