專利名稱：一種磁傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及磁傳感器領域，具體來說，是一種基于巨磁阻抗效應原理對直流磁場具有一定敏感度的磁傳感器。
背景技術：
磁傳感器一直在現代技術中承擔著重要角色，并廣泛應用于工程工業領域，如生物磁測量、地磁導航、以及地球勘探等。用來實現磁傳感器的原理有很多，例如霍爾效應、磁阻效應、巨磁阻效應、巨磁阻抗效應、核進動、超導量子干涉儀、磁彈性效應等。現有的磁通門傳感器，由高性能細磁芯、激勵繞組、感應繞組和敏感元件組成，在材料一定時常用增加繞組匝數來提高傳感器的靈敏度，導致了傳感器的體積增大、和頻響降低、噪聲增大。靈敏度可達8X10_5A/m，但由于雜散電容，磁芯繞組會使傳感器的響應速度低。霍爾傳感器溫度穩定性差，弱磁靈敏度小不利于小電流測量，而且用霍爾元件制成的電流傳感器含聚磁磁芯，導致傳感器體積增大(鮑丙豪.電測與儀表.2000， 37 (412) 24-26)；雖然霍爾元件和磁敏電阻元件都做成微型器件，但它們的磁通檢測率大約是0. 0e，而且霍爾元件的最高工作溫度在70°C。巨磁電阻(GMR)元件是利用磁性材料的巨磁電阻效應，這種效應是在外加磁場的情況下材料的電阻發生巨變的現象，其靈敏度可以提高一個數量級，達到/0e，。但用 GMR材料制作的傳感器仍不十分理想，通常只在低溫與外加強磁場(大約IOkOe)下才可看到，且又僅限于GMR效應并不十分顯著的金屬多層膜材料，還存在磁滯、溫度不穩定等問題。這些都限制了其在磁電測量領域中的應用。
實用新型內容為了解決現有磁傳感器的不足之處，本實用新型提供一種基于巨磁阻抗效應原理、采用溶膠凝膠法低成本制備敏感元件、對直流磁場具有一定敏感度的磁傳感器。本實用新型一種基于巨磁阻抗效應的磁傳感器，包括恒流源激勵電路、前置放大電路、峰值檢波電路、低通濾波電路、差分放大器、參考電壓源與敏感元件。其中，激勵電壓通入到恒流源激勵電路使恒流源激勵電路為敏感元件提供穩定的交流正弦激勵電流，使敏感元件兩端產生高頻電壓，敏感元件兩端的高頻電壓通過前置放大電路進行一級放大，放大后的高頻電壓通過峰值檢波電路進行檢測，得到低頻電壓；低頻電壓進入到低通濾波電路進行平滑濾波，得到直流電壓；直流電壓信號進入到差分放大器中；參考電壓源向差分放大器通入與外部磁場為零時，敏感元件兩端的直流電壓信號相等的電壓信號；差分放大器將敏感元件兩端的直流電壓信號與參考電壓源提供的電壓信號進行差分運算并放大，得到敏感元件由于外部磁場所變化的阻值對應的直流電壓信號。本實用新型的優點在于1、本實用新型磁傳感器利用巨磁阻抗效應制成，使磁傳感器能夠探測微弱直流磁場；2、本實用新型磁傳感器靈敏度高，穩定性好、功耗低、響應速度快，且制造成本低；3、本實用新型磁傳感器采用LaMnOx薄膜作為敏感元件，有利于采用MEMS工藝實現微型化。
圖1是本實用新型磁傳感器結構框圖；圖2是本實用新型磁傳感器隨外界直流磁場變化的輸出電壓曲線。圖中1、恒流源激勵電路 2、前置放大電路 3、峰值檢波電路 4、低通濾波電路5、差分放大器6、參考電壓源 7、LaMnOx薄膜
具體實施方式
以下結合附圖來對本實用新型作進一步說明。本實用新型一種基于巨磁阻抗效應的磁傳感器，包括恒流源激勵電路1、前置放大電路2、峰值檢波電路3、低通濾波電路4、差分放大器5、參考電壓源6與LaMnOx薄膜7，如圖 1所示，恒流源激勵電路1的電流輸出端與LaMnOx薄膜7相連，LaMnOx薄膜7接地，LaMnOx 薄膜7兩端與前置放大電路2輸入端相連。前置放大電路2的輸出端與峰值檢波電路3的輸入端相連；峰值檢波電路3的輸出端與低通濾波電路4相連，低通濾波電路4的輸出端與差分放大器5的輸入端相連；參考電壓源6的輸出端與差分放大器5的輸入端相連。當外部磁場變化時，LaMnOx薄膜7的阻抗會隨之產生變化，因此對恒流源激勵電路1輸入激勵電壓信號Vi，使恒流源激勵電路1為LaMnOx薄膜7提供穩定的電流激勵，使 LaMnOx薄膜7兩端的電壓能夠反映LaMnOx薄膜7阻抗變化。恒流源激勵電路1還將LaMnOx 薄膜7兩端的高頻電壓發送給前置放大電路2。本實用新型中LaMnOx薄膜7采用溶膠凝膠法并使用鎳金屬合金作為襯底制作而成。對恒流源激勵電路提供不同幅值激勵電壓信號Vi，進而改變了通過LaMnOx薄膜7 的激勵電流大小。通過測量LaMnOx薄膜7兩端的電壓波形發現，電流過小或過大都會使電壓波形失真，因此本實用新型正常波形工作激勵電流范圍為llmA-20mA。當LaMnOx薄膜7兩端的輸出微弱電壓信號(電壓峰值在幾到幾十毫伏)時，無法對LaMnOx薄膜7兩端的電壓信號進行檢波；且輸出的微弱電壓信號造成LaMnOx薄膜7的阻抗，無法與后續電路匹配。因此通過前置放大器將LaMnOx薄膜7兩端的高頻電壓信號進行一級放大后，通入到峰值檢波電路3。峰值檢波電路3用來將迭加在LaMnOx薄膜7兩端的高頻電壓信號上的低頻電壓信號檢測出來，得到LaMnOx薄膜7兩端的低頻電壓信號，并將通入到低通濾波電路4。 由于峰值檢波電路3時間常數受限，以及外磁場的干擾導致一些高頻電壓信號不能完全被衰減掉，因此通過上述峰值檢波電路3后得到的LaMnOx薄膜7兩端的低頻電壓信號中仍然混雜有一些高頻電壓信號。通過低通濾波電路4對LaMnOx薄膜7兩端的低頻電壓信號進行平滑濾波，將低頻電壓信號中存在的高頻電壓信號完全衰減掉，最終得到LaMnOx薄膜7兩端的直流電壓信號，并將直流電壓信號通入到差分放大器5中。當外部磁場為零時，由于輸入的激勵電壓信號Vi的存在，因此磁傳感器的輸出信號不為零，導致無法確定外部是否具有磁場。因此通過參考電壓源6向差分放大器5提供一個參考電壓信號，通過調節參考電壓信號的大小，使參考電壓信號與磁場為零時由低通濾波電路4向差分放大器5通入的直流電壓信號大小相等。差 分放大器5將直流電壓信號與參考電壓信號進行差分運算并進行放大，最終得到磁傳感器的輸出電壓信號Vout。當外部磁場為零時，通過差分放大器5進行差分運算后得到的磁傳感器輸出電壓信號Vout為零。當外部磁場不為零時，通過差分放大器5進行差分運算后得到的磁傳感器輸出電壓信號Vout即為外部磁場的電壓信號。由此通過本實用新型磁傳感器可通過輸出電壓來間接反映加在LaMnOx薄膜7外部磁場的大小。經實驗，本實用新型磁傳感器隨外界直流磁場變化的輸出電壓曲線，如圖2所示， 可見本實用新型對磁場有一定的靈敏度。
權利要求1.一種基于巨磁阻抗效應的磁傳感器，其特征在于包括用于為LaMnOx薄膜提供穩定的交流正弦激勵電流的恒流源激勵電路； 用于將LaMnOx薄膜兩端高頻電壓信號進行一級放大的前置放大電路； 用于從一級放大后的高頻電壓信號中的獲取低頻電壓信號的峰值檢波電路； 用于將低頻電壓信號進行平滑濾波的低通濾波電路；用來將LaMnOx薄膜兩端的直流電壓信號與參考電壓源提供的電壓信號進行差分運算并放大的差分放大器；用于為差分放大器提供一個參考電壓信號的參考電壓源；參考電壓信號與外部磁場為零時LaMnOx薄膜兩端的直流電壓信號相等。
2.如權利要求1所述一種基于巨磁阻抗效應的磁傳感器，其特征在于所述LaMnOx薄膜采用溶膠凝膠法制成。
3.如權利要求1所述一種基于巨磁阻抗效應的磁傳感器，其特征在于所述LaMnOx薄膜使用鎳金屬合金作為襯底。
4.如權利要求1所述一種基于巨磁阻抗效應的磁傳感器，其特征在于所述恒流源激勵電路為LaMnOx薄膜提供的交流正弦激勵電流為llmA-20mA。
專利摘要本實用新型公開了一種磁傳感器，包括一個用于為LaMnOx薄膜提供穩定的交流正弦激勵電流的激恒流源激勵電路。一個用于將LaMnOx薄膜兩端高頻電壓信號進行一級放大的前置放大電路；一個用于從放大后的高頻電壓信號中的獲取低頻電壓信號的峰值檢波電路；一個用于將低頻電壓信號進行平滑濾波，得到直流電壓信號的低通濾波電路；一個用于為差分放大器提供一個與外部磁場為零時LaMnOx薄膜兩端的直流電壓信號相等的電壓信號；以及一個用來將LaMnOx薄膜兩端的直流電壓信號與參考電壓源低通的電壓信號進行差分運算并放大的差分放大器。本實用新型不但繼承了傳統磁傳感器的優點，而且使磁傳感器能夠探測微弱直流磁場。
文檔編號G01R33/09GK202066953SQ201120176700
公開日2011年12月7日 申請日期2011年5月30日 優先權日2011年5月30日
發明者楊慧, 王三勝, 褚向華 申請人:北京鼎臣超導科技有限公司