[发明专利]隧道磁电阻海洋梯度磁力仪

说明书

本发明公开了一种隧道磁电阻海洋梯度磁力仪，包括至少两个隧道磁电阻磁场信息探测单元、和隧道磁电阻磁场信息探测单元数量相等的PCB运算放大电路板、电池电源、无磁水密罐、水密接插件和水下电缆；PCB运算放大电路板沿着水密罐的高度方向平行等距设置在所述的无磁水密罐内，每个PCB运算放大电路板上设置有一个隧道磁电阻磁场信息探测单元和三个运算放大器，电池电源设置在所述的无磁水密罐内，并对隧道磁电阻磁场信息探测单元和运算放大电路供电；水下电缆通过水密接插件与PCB运算放大电路板相连；本发明是一种矢量海洋磁力仪，可以捕捉到磁场三维信息，通过梯度计的设计可以消除水下共模环境噪音，提高信噪比。

技术领域

本发明涉及一种海洋磁力梯度计，特别是一种隧道磁电阻海洋梯度磁力仪，属于海洋地球物理勘探设备领域。

背景技术

海洋磁场探测是人类认识和开发海洋的重要手段，以海底岩石的磁性差异为前提，根据磁异常场的特征及其分布规律了解海底岩石磁性不均匀性，进而推断地壳结构和构造，洋底生成和演化历史，并可勘查大陆边缘地区的矿产分布如石油、天然气等矿产资源的分布。其次，海洋磁场探测在保证航海安全，海洋工程建设和海上救援等方面有着重要的意义，如沉船、管线、水雷等的排查和搜索等。

随着薄膜技术和材料科学的不断发展，基于各种物理效应的高性能固态磁传感器逐渐进入产业化和商用阶段。基于半导体镀膜工艺和封装工艺的飞速发展，磁阻传感器也不断在技术上推陈出新，包括霍尔元件，各向异性磁电阻(AMR)、巨磁电阻(GMR)和量子隧穿磁电阻(TMR)传感器。隧穿效应基于量子粒子的波动性，1995年，Miyazaki等发现Fe/Al2O3/Fe基磁隧道结在室温下的TMR值高达18％，低温下为30％，揭开了TMR研究的新篇章；2007年,Y.M Lee等将溅射法制备的CoFeB/MgO/CoFeB基MTJ的室温TMR值提高到500％,5K低温时可达到1010％。十多年的基础理论研究为TMR磁传感器的实际应用铺平了道路。2008年美国NVE公司成功研制出第一颗TMR磁传感器，随后该生产技术专利被日本的TDK株式会社所承包。近年来我国磁阻传感器尤其是TMR磁阻传感器有了长足的发展，江苏多维科技有限公司(MDT)于2016年1月发布了世界上首款超低噪音、超小型量子隧道磁传感器TMR900x系列，实现了毫米级的超小封装，兼备150pT/rtHz的超低噪声特性和300mV/V/Oe的超高灵敏度，目前已量产处于商业化阶段。2018年1月，日本TDK公司与旭化成微电子株式会社(AKM)联合发布了首款高精度三轴TMR磁力计，将TDK公司开发的高度灵敏TMR元件与AKM公司设计的先进电子罗盘ASIC组合到一个小型LGA 11针封装内，尺寸仅为1.6毫米x 1.6毫米x 0.6毫米。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种灵敏度高、功耗低、常温工作、小巧轻便，适合于水下磁场测量的隧道磁电阻海洋梯度磁力仪。

为实现上述目的，本发明一种隧道磁电阻海洋梯度磁力仪，包括两个隧道磁电阻磁场信息探测单元、2个PCB运算放大电路板、电池电源、无磁水密罐、水密接插件和水下电缆；

PCB运算放大电路板沿着水密罐的高度方向平行设置在所述的无磁水密罐内，每个PCB运算放大电路板上设置有一个隧道磁电阻磁场信息探测单元和三个运算放大器，电池电源设置在所述的无磁水密罐内，并对隧道磁电阻磁场信息探测单元和运算放大电路供电；水下电缆通过水密接插件与PCB运算放大电路板相连；

隧道磁电阻磁场信息探测单元包括隧道磁电阻敏感元器件，隧道磁电阻敏感元器件检测外界磁场在相互正交的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上产生的磁场分量、并将X轴方向，Y轴方向和Z轴方向上产生的磁场分量转化为三路电压输出信号，X轴、Y轴、Z轴构成建立在隧道磁电阻磁场信息探测单元上的矢量坐标系，隧道磁电阻磁场信息探测单元设置有八个引脚，其中的六个引脚分别为X轴模拟差分输出正、X轴模拟差分输出负、Y轴模拟差分输出正、Y轴模拟差分输出负、Z轴模拟差分输出正和Z轴模拟差分输出负，剩余的两个引脚分别为电源Vcc和接地GND；