平面线圈和非晶带叠层结构电感型磁场传感器的研究

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巨磁阻抗(Giant magneto-impedance,GMI)效应自被发现以来一直受到国内外学术界的广泛关注。由于GMI传感器不仅具有灵敏度高、效应速度快,还有功耗低、体积小等其它传感器难以媲美的优点而广泛应用于电流传感、生物传感、压力传感以及磁场检测等各个方面。从早期非晶细丝到非晶带材以及非晶薄膜的GMI效应研究,GMI效应的潜能一步一步地被激发。GMI磁传感器由于其非常高的阻抗变化率备受研究者的青睐。但受到GMI效应本身机理的限制,目前的GMI磁传感器工作频率都在10MHz以上甚至GHz水平,工作频率低于1 MHz时,GMI磁传感器难以正常工作。  为了弥补GMI磁传感器工作频率过高的缺陷,本文旨在于研究kHz级别工作频率下基于平面线圈和非晶带叠层结构的电感型磁场传感器。本文提出了平面线圈与非晶带形成的叠层结构,理论推导了平面线圈和非晶带叠层结构简化条件下输出电感表达式;通过理论指导实际设计了几种不同的传感器敏感结构,并对几种不同结构进行了测试和比较;将经典皮尔斯振荡电路中的晶振换成传感器的敏感结构作为选频元件,设计了合适的电感型振荡电路,并完成了该传感电路的理论分析;最后还包括了磁传感器性能的测试和总结。  实验通过对几种不同敏感结构输出电感的测试和比较,证实了理论推导的正确性。本文所设计的基于多层薄膜叠层结构的电感型磁场传感器的工作频率在kHz水平,并且能够达到很高的电感变化率。实验结果表明,当工作频率为100kHz时,磁传感器敏感结构电感变化率达到 157.7%,磁传感器的灵敏度能够达到 1.235kHz/Oe。
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