[发明专利]一种提高体声波驱动的微异质结磁传感器性能的方法

权利要求书

1.一种提高体声波驱动的微异质结磁传感器性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建基于不同层数的微异质结的体声波激励微磁传感器模型；所述微异质结的体声波激励微磁传感器模型包括由磁致伸缩层和压电层构成的磁电耦合微异质结及所述磁电耦合微异质结外部的空气域，所述压电层的下表面接地，其上表面测量的平均电压作为输出电压，所述空气域中沿Y方向施加直流偏置磁场；

S2、采用稳态求解和小信号频域求解方法分别测量基于不同层数的微异质结的体声波激励微磁传感器模型在施加直流偏置磁场和交变激励磁场扰动条件下的输出电压，具体为在基于不同层数的微异质结的体声波激励微磁传感器模型中设置不同直流偏置磁场，采用稳态求解方法测量在不同直流偏置磁场条件下压电层上的平均电压；利用小信号频域分析方法模拟高频交变磁场环境，在基于不同层数的微异质结的体声波激励微磁传感器模型中设置不同直流偏置磁场的同时，施加交变激励磁场扰动，整个外加磁场被分为直流偏置磁场和交变激励磁场两部分，采用小信号频域求解方法测量在施加交变激励磁场扰动的不同直流偏置磁场条件下的平均电压；

S3、根据测量的输出电压分别计算基于不同层数的微异质结的体声波激励微磁传感器模型的磁电耦合系数；

S4、拟合基于不同层数的微异质结的体声波激励微磁传感器模型在施加直流偏置磁场条件下的输出电压与磁电耦合系数的变化曲线，确定最优层数的微异质结的体声波激励微磁传感器模型和最优的直流偏置磁场条件，具体为在不同的偏置磁场下，通过ME异质结构的电磁耦合系数分析，表征BAW磁传感器的性能，电磁耦合系数最大的磁传感器具有最高的灵敏度；

S5、根据确定的最优层数的微异质结的体声波激励微磁传感器模型和最优的直流偏置磁场条件进行传感器优化设计。

2.根据权利要求1所述的提高体声波驱动的微异质结磁传感器性能的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

采用有限元分析方法构建基于不同层数的微异质结的体声波激励微磁传感器模型。

3.根据权利要求1所述的提高体声波驱动的微异质结磁传感器性能的方法，其特征在于，所述磁电耦合系数的计算公式为：

其中，α_ME为磁电耦合系数，E_z＝V/t_p，V为压电层上表面的平均电压值，t_p为压电层的厚度，H_y为Y方向的磁场。

4.根据权利要求1所述的提高体声波驱动的微异质结磁传感器性能的方法，其特征在于，所述方法还包括：

A1、根据测量的输出电压分别计算基于不同层数的微异质结的体声波激励微磁传感器模型的线性度；

A2、拟合基于不同层数的微异质结的体声波激励微磁传感器模型在施加直流偏置磁场条件下的输出电压与直流偏置磁场的变化曲线，根据设定的线性度条件确定直流偏置磁场范围。

5.根据权利要求4所述的提高体声波驱动的微异质结磁传感器性能的方法，其特征在于，所述线性度的计算公式为：

其中，ΔY_max为传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差，Y为满量程输出。

6.根据权利要求1或4所述的提高体声波驱动的微异质结磁传感器性能的方法，其特征在于，所述方法还包括：

B1、拟合基于不同层数的微异质结的体声波激励微磁传感器模型在施加交变激励磁场条件下的输出电压与传感器谐振频率的变化曲线，确定磁场条件对传感器谐振频率的影响，以及存在最大输出电压时传感器的谐振频率；

B2、拟合在传感器的谐振频率处不同层数的微异质结的体声波激励微磁传感器模型在施加交变激励磁场条件下的输出电压与磁电耦合系数的变化曲线，确定最优的直流偏置磁场和施加交变激励磁场扰动条件；

B3、根据确定的最优层数的微异质结的体声波激励微磁传感器模型和确定的最优的直流偏置磁场和施加交变激励磁场扰动条件进行传感器优化设计。