[发明专利]多量程多灵敏度的超导/TMR复合磁传感器及其仿真方法

权利要求书

1.一种多量程多灵敏度的超导/TMR复合磁传感器，包括超导环(1)和磁电阻传感器，其特征在于，所述超导环上设有多个窄区，所述超导环(1)在每一个窄区的一侧对应布置有一个磁电阻传感器，且所述多个窄区中各个窄区之间的宽度不同，使得所述多窄区超导/TMR复合磁传感器具有多种量程和多种灵敏度。

2.根据权利要求1所述的多量程多灵敏度的超导/TMR复合磁传感器，其特征在于，所述超导环(1)为基于超导薄膜制备得到方形环状薄膜。

3.根据权利要求2所述的多量程多灵敏度的超导/TMR复合磁传感器，其特征在于，所述超导环上的至少两个窄区为由设于超导环中部的内孔(11)分隔形成的内侧窄区(12)和外侧窄区(13)，所述内孔(11)相对超导环的中部偏心布置，使得所述内孔(11)分隔形成的内侧窄区(12)和外侧窄区(13)两者的宽度不同。

4.根据权利要求3所述的多量程多灵敏度的超导/TMR复合磁传感器，其特征在于，所述超导环(1)和磁电阻传感器为双层结构，所有窄区的对应的磁电阻传感器布置于超导环(1)的同一侧。

5.根据权利要求4所述的多量程多灵敏度的超导/TMR复合磁传感器，其特征在于，所述超导环上设有的窄区数量为四个，四个窄区为由设于超导环中部的两个内孔(11)分隔形成的内侧窄区(12)和外侧窄区(13)，共包含两个内侧窄区(12)和两个外侧窄区(13)。

6.根据权利要求5所述的多量程多灵敏度的超导/TMR复合磁传感器，其特征在于，所述双层结构为粘胶键合制备而成。

7.一种权利要求1～6中任意一项所述多量程多灵敏度的超导/TMR复合磁传感器的仿真方法，其特征在于，包括：

1)建立超导环(1)的三维模型：包括空气域和位于空气域中心的超导环(1)；

2)针对超导环(1)的三维模型进行网格划分；

3)定义超导环(1)和空气域的材料属性和结构特性参数，且超导环(1)的材料属性中超导环(1)的电场模满足下式所示的E-J幂次定律：

上式中，E是超导环(1)的电场模，E_c和n是影响超导环(1)零电阻率转变的非线性过程的常数，J是超导环(1)的电流密度，J_c是临界电流密度；

4)仿真计算超导环(1)的各个窄区附近的磁场分布值B_S，并根据G＝B_S/B₀计算得到各个窄区对应的磁场放大倍数G，其中B₀为垂直超导平面的磁场；基于I_C＝J_cwd计算各个窄区的临界电流I_C，其中J_c为超导临界电流密度，w为窄区的宽度，d为超导环(1)的厚度；基于B_0C＝I_CL/S计算饱和磁场B_0C，其中L为窄区的长度，S为超导环(1)的等效磁通面积。

8.根据权利要求7所述的多量程多灵敏度的超导/TMR复合磁传感器的仿真方法，其特征在于，步骤1)建立的空气域为半径为R_a、高度为d_a的圆柱体。

9.根据权利要求8所述的多量程多灵敏度的超导/TMR复合磁传感器的仿真方法，其特征在于，步骤2)中针对超导环(1)的三维模型进行网格划分时，包括在超导环(1)的区域划分极细化自由三角形网格，在超导环(1)的同层空气域划分常规大小自由三角形网格，在超导环(1)不同层的剩余空气域划分常规大小自由四面体网格，所述极细化自由三角形网格的网格大小比常规大小自由三角形网格、常规大小自由四面体网格的网格大小要小。

10.根据权利要求9所述的多量程多灵敏度的超导/TMR复合磁传感器的仿真方法，其特征在于，步骤3)定义超导环(1)的三维模型中超导环(1)和空气域的材料属性和结构特性时，所述超导环(1)的材料属性中除电场模以外还包括超导环(1)的相对介电常数、相对磁导率、电导率以及电流密度模，电流密度模的函数表达式为其中J₁～J₃分别表示三维坐标系中XYZ方向的电流密度；空气域的材料属性包括相对介电常数、相对磁导率、电导率，其中超导环(1)的相对介电常数、相对磁导率、电导率，以及空气域的相对介电常数、相对磁导率、电导率均为常数；超导环(1)和空气域的结构特性参数包括结构参数和E-J特性参数，所述结构参数包括超导环外径R₀、超导环内径R_i、窄区的长度L、超导环(1)的厚度d、空气域的半径R_a以及空气域的高度d_a；所述E-J特性参数包括E-J幂次定律中影响超导环(1)零电阻率转变的非线性过程的常数E_c和n、临界电流密度J_c以及超导材料的穿透深度λ。