专利名称：空间三轴磁传感器的制作方法
空间三轴磁传感器
技术领域：
本发明 涉及一种基于非晶态合金材料的空间三轴磁传感器，其具有超磁阻抗效应 并通过电磁场变化产生电流变化，以测量磁场方向和强度。背景技术：
近年来，国外积极开展该领域研究，已经有多家科研机构投入研究非晶合金材料 的高频、超灵敏特性研究。日本名古屋大学的毛利佳年雄于1993年发现超磁阻抗效应后， 日本学者一直积极开展相关的高性能微磁传感器研究，开发出高频和pT量级的探测组件 样品。韩国也积极开展相关研究，根据研究资料可以看出非晶合金材料在特定高频下的超 磁阻抗变化率是在低频时变化率的数百倍。目前，随着对探测仪器灵敏度的要求越来越高， 只有非晶合金材料在高频特性的性能才能满足这种要求，由此可以看出非晶合金材料在传 感器产品中的应用价值是显而易见的。鉴于此，有必要提供一种新的空间三轴磁传感器来解决上述技术问题。
发明内容本发明所解决的技术问题在于提供一种空间三轴磁传感器，其可实现高精度、高 灵敏度、低能耗的测量。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种空间三轴磁传感器，包括非 晶丝、电感线圈及电路系统，所述非晶丝为非晶态合金，所述电路系统包括正弦信号发生电 路模块、正弦信号幅度放大电路模块、直流偏置电路模块、带直流偏置的交直电流激励电路 模块、谐振选频电路模块、检波电路模块、去直流分量电路模块、以及直流放大电路模块。进一步地，所述正弦信号发生电路模块，其使用一晶体振荡发生器产生一 20MHz 正弦波作为非晶丝丝体的激励信号。进一步地，所述正弦信号幅度放大电路模块，其使用运算放大器组成同相放大电 路，放大调节所述20MHz正弦波幅度，以此调节所述激励信号的幅度。进一步地，所述直流偏置电路模块，其使用电阻分压组成调压电路，对输入正弦波 的直流部分大小进行调节，可以对非晶丝进行直流偏置激励，使其具有更高的灵敏度。进一步地，所述带直流偏置的交直电流激励电路模块，其将带直流偏置的交直流 电流激励通过缓冲输出给非晶丝作为激励信号源使用。进一步地，所述检波电路模块，其用于检测出所述正弦信号中的峰值，并将高频信 号转换为容易处理的直流信号。进一步地，所述直流放大电路模块，其用于对直流信号作放大处理。进一步地，所述空间三轴磁传感器具有多个正交排布的探头。进一步地，所述非晶丝为钴基非晶，所述非晶丝丝体表面包覆有一层厚度为8微 米的玻璃。相较于现有技术，本发明所述的空间三轴磁传感器，其利用非晶态合金的超磁阻 抗效应，实现高精度、高灵敏度、低能耗的测量。
图1为本发明所述的空间三轴磁传感器的制作流程图。图2为本发明所述的空间三轴磁传感器的非晶丝生产工艺流程图。图3为本发明所述的空间三轴磁传感器的电路示意图。
具体实施方式如图1至图3所示，本发明提供一种空间三轴磁传感器，其包括非晶丝、电感线圈 及电路系统。所述空间三轴磁传感器的制作流程包括非晶丝制作流程及电感线圈制作流程。所述非晶丝为Co(钴)基非晶，Co(钴)基非晶是目前公认软磁性能最好的非晶 系，本发明在Co71. 8Fe4. 9NbO. 8Si7. 5B15的基础上，在直径60微米的非晶态丝体的表面包 裹了一层玻璃，该玻璃的厚度为8微米，这种非晶丝对轴向磁场变化敏感，当磁场变化时， 非晶丝丝体的阻抗会随之改变，即超磁阻抗效应。所述非晶丝的制作过程请参图2所示，其 将硼粉压块及金属粉尘混合后进入母合金熔炼工序，随后分别进行合成测试及水淬成丝工 序，其中，所述合成测试后可制得成品母合金，而所述水淬成丝工序后将经过检测、精整工 序才能得到成品非晶丝。所述非晶丝制成后将经过去除表面玻璃、HF酸表面处理及乙醇丙 酮清洗工序，请配合参阅图1所示。所述电感线圈为单层线圈。所述电感线圈的制作过程包括漆包线处理、漆包线过 醇、绕线机上骨架及绕成线圈等工序。所述电感线圈制成后将焊接在电路板的焊盘上，正交 排布，把非晶丝丝体的两端焊接在电路板的焊盘上，焊盘分别接出管脚，对焊接完的平面等 分探头进行封装，如此，所述探头即制造完成。所述电感线圈与所述乙醇丙酮清洗后的非晶 丝进行线圈穿丝工序，然后再通过焊接实现完成最后的封装工序。请参阅图3所示，所述电路系统包括20M正弦信号发生电路模块、正弦信号幅度 放大电路模块、直流偏置电路模块、带直流偏置的交直电流激励电路模块、谐振选频电路模 块、检波电路模块、去直流分量电路模块、以及直流放大电路模块。正弦信号发生电路模块，使用晶体振荡发生器产生一 20MHz正弦波作为合金丝体 的激励信号。正弦信号幅度放大电路模块，其使用运算放大器组成同相放大电路，放大调节 20MHz正弦波幅度，以此调节所述激励信号的幅度。直流偏置电路模块，其使用电阻分压组成调压电路，对输入正弦波的直流部分大 小进行调节，可以对合金丝进行直流偏置激励，使其具有更高的灵敏度。带直流偏置的交直电流激励电路模块，其将带直流偏置的交直流电流激励通过缓 冲输出给合金丝作为激励信号源使用。谐振选频电路模块，其使用LC组成谐振选频电路，对20MHz信号进行去杂波、去噪 声处理，这样对于外界环境中引入的噪声或由于电路本身产生的噪声能起到很好的抑制作用。检波电路模块，其用于检测出正弦信号中的峰值，作为反映外界磁场变化的参考 量，将高频信号转换为容易处理的直流信号，有利于后面的放大处理。
去直流分量电路模块，用于将电路中的直流分量去掉，只对反映外界磁场变化的 电压信号作处理，去掉冗余的电压量，可以获得更大的变化范围。直流放大电路模块，其用于将直流信号作放大处理。本发明在非晶态合金材料高频特性的基础上，研制出具有高灵敏度的空间三轴 磁传感器，这种传感器及其组件采用现代微加工工艺，不仅在体积、功耗和重量方面有数 量级的变化，而且在精度、响应速度和可靠性方面有了一个量级以上的提高。SMKSuper Magneto-Impedance) effect (即超磁阻抗效应)是非晶合金材料在高频下所表现磁阻抗效 应，比传统霍尔效应次变化率提高10000倍以上，且激励频率集中在IGHz附近，响应速度 达到IOOMHz量级。本发明利用非晶态合金的超磁阻抗效应，绕制传感器探头元件，并搭建 空间X、Y、Z轴正交方向多探头元件感应电路，根据变化磁场改变传感器探头的输出电压信 号，电压信号经过放大检波A/D处理和运算，经过算法补偿，测量出三维空间磁场的矢量数 据，实现高精度、高灵敏度、低能耗的空间三轴磁传感器。以上所述，仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任 何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内 容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。
权利要求
1.一种空间三轴磁传感器，包括非晶丝、电感线圈及电路系统，其特征在于所述非晶 丝为非晶态合金，所述电路系统包括正弦信号发生电路模块、正弦信号幅度放大电路模块、 直流偏置电路模块、带直流偏置的交直电流激励电路模块、谐振选频电路模块、检波电路模 块、去直流分量电路模块、以及直流放大电路模块。
2.根据权利要求1所述的空间三轴磁传感器，其特征在于所述正弦信号发生电路模 块，其使用一晶体振荡发生器产生一 20MHz正弦波作为非晶丝丝体的激励信号。
3.根据权利要求2所述的空间三轴磁传感器，其特征在于所述正弦信号幅度放大电 路模块，其使用运算放大器组成同相放大电路，放大调节所述20MHz正弦波幅度，以此调节 所述激励信号的幅度。
4.根据权利要求3所述的空间三轴磁传感器，其特征在于所述直流偏置电路模块，其 使用电阻分压组成调压电路，对输入正弦波的直流部分大小进行调节，可以对非晶丝进行 直流偏置激励，使其具有更高的灵敏度。
5.根据权利要求4所述的空间三轴磁传感器，其特征在于所述带直流偏置的交直电 流激励电路模块，其将带直流偏置的交直流电流激励通过缓冲输出给非晶丝作为激励信号 源使用。
6.根据权利要求5所述的空间三轴磁传感器，其特征在于所述检波电路模块，其用于 检测出所述正弦信号中的峰值，并将高频信号转换为容易处理的直流信号。
7.根据权利要求6所述的空间三轴磁传感器，其特征在于所述直流放大电路模块，其 用于对直流信号作放大处理。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的空间三轴磁传感器，其特征在于所述空间 三轴磁传感器具有多个正交排布的探头。
9.根据权利要求8所述的空间三轴磁传感器，其特征在于所述非晶丝为钴基非晶，所 述非晶丝丝体表面包覆有一层厚度为8微米的玻璃。
全文摘要
本发明提供了一种空间三轴磁传感器，包括非晶丝、电感线圈及电路系统，所述非晶丝为非晶态合金，所述电路系统包括正弦信号发生电路模块、正弦信号幅度放大电路模块、直流偏置电路模块、带直流偏置的交直电流激励电路模块、谐振选频电路模块、检波电路模块、去直流分量电路模块、以及直流放大电路模块。本发明利用非晶态合金的超磁阻抗效应，变化磁场改变传感器输出电压信号，并搭建空间三维方向感应原件，电压信号经过放大检波A/D处理和运算，测量出磁场的数据，经过算法补偿，实现高精度、高灵敏度、低能耗的测量。
文档编号G01R33/09GK102129052SQ201010564988
公开日2011年7月20日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者吴鹏, 赵卓坤 申请人:吴鹏, 赵卓坤