[发明专利]一种基于巨磁阻抗效应的三轴平面化磁传感器

说明书

本发明公开了一种基于巨磁阻抗效应的三轴平面化磁传感器，包括：平面偏置线圈、4段相同的GMI材料和磁环，所述4段相同的GMI材料位于平面偏置线圈的两条相互垂直且经过平面偏置线圈中心的线段上，所述磁环位于GMI材料的上方，磁环中心位于平面偏置线圈中心的正上方，所述平面偏置线圈为圆形或者正N边形，N为大于等于4的偶数。本发明的三轴平面化磁传感器不存在正交误差问题，可以通过MEMS工艺实现，便于微型化，有更高的集成度，更广泛的应用。

技术领域

本发明属于微弱磁场测量领域，更具体地，涉及一种基于巨磁阻抗效应的三轴平面化磁传感器。

背景技术

巨磁阻抗(GMI)效应是指在软磁材料中通过中高频交流电流激励的情况下，当外部的低频磁场有微小变化时，将会引起软磁材料交流阻抗的巨大变化。基于GMI效应的磁传感器是近年来磁传感器领域的研究热点之一，相比于其他类型的磁传感器，GMI磁传感器具有高灵敏度、快速响应、高温度稳定性、低迟滞性和低功耗等优点。

国内外研究GMI磁传感器的团队有很多，但大部分只研究单轴GMI磁传感器。有关三轴GMI磁传感器的相关报道非常少，北京理工大学邓甲昊教授团队的韩超博士设计了一种三维GMI磁探测器，主要应用对象为武器系统。但这种三维GMI磁探测器是由三个单轴磁探测器通过两两正交构成，三个单轴传感器的磁敏感轴对应着空间的三个相互正交的方向，分别对单轴方向的磁场进行测量，采用信息融合技术将三轴信息叠加，完成对三维空间的磁场总量的测量。国防科技大学的潘仲明教授团队设计了一种具有磁异常探测和测距功能的微小型三轴磁传感器-磁纳，磁纳是由高分辨力、小量程的GMI磁传感器和商品化的低分辨力、大量程AMR磁传感器按一定的方法复合构成。GMI磁传感器有三对差动式非晶丝磁敏探头用于检测三轴的磁异常量。日本的毛利教授团队在文献《3-AXIS AMORPHOUS WIRETYPE GIANT MAGNETO-IMPEDANCE SENSORS》中设计了一种三轴GMI磁传感器，他也是将三个单轴的微GMI磁传感器探头两两相互正交集成到一起用于检测三维磁场。

综上所述，对于三轴GMI磁传感器的相关研究和报道不是特别多，而且所有报道中所涉及的三轴GMI磁传感器的探头设计都是利用单轴GMI磁传感器探头两两相互正交得到。这种设计存在的问题是在实际制作中，两两相互正交的完全正交性很难得到保证，存在着正交误差，并且体积大，难以通过MEMS工艺实现，不利于微型化和集成。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于巨磁阻抗效应的三轴平面化磁传感器，由此解决现有技术存在正交误差，并且体积大，难以通过MEMS工艺实现，不利于微型化和集成的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于巨磁阻抗效应的三轴平面化磁传感器，包括：平面偏置线圈、4段相同的GMI材料和磁环，所述4段相同的GMI材料位于平面偏置线圈的两条相互垂直且经过平面偏置线圈中心的线段上，所述磁环位于GMI材料的上方，磁环中心位于平面偏置线圈中心的正上方，所述平面偏置线圈为圆形或者正N边形，N为大于等于4的偶数。

进一步地，GMI材料为钴基材料或者铁基材料。

进一步地，平面偏置线圈用于在通电流后在具有GMI材料的两条线段上产生大小相等、方向相反的对称偏置磁场。

进一步地，磁环用于将垂直平面偏置线圈外的磁场聚磁到平面偏置线圈内。

进一步地，磁环的磁导率大于100H/m。

进一步地，三轴平面化磁传感器的三轴为x轴、y轴和z轴，x轴包括x+端和x-端，y轴包括y+端和y-端，4段相同的GMI材料分别位于x+端、x-端、y+端和y-端；所述三轴平面化磁传感器用于三轴平面化磁场测量，具体包括：