专利名称：一种磁传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁传感器领域，具体来说，是一种基于巨磁阻抗效应原理对直流磁场具有一定敏感度的磁传感器。
背景技术：
磁传感器一直在现代技术中承担着重要角色，并广泛应用于工程工业领域，如生物磁测量、地磁导航、以及地球勘探等。用来实现磁传感器的原理有很多，例如霍尔效应、磁阻效应、巨磁阻效应、巨磁阻抗效应、核进动、超导量子干涉仪、磁弹性效应等。现有的磁通门传感器，由高性能细磁芯、激励绕组、感应绕组和敏感元件组成，在材料一定时常用增加绕组匝数来提高传感器的灵敏度，导致了传感器的体积增大、和频响降低、噪声增大。灵敏度可达8X10_5A/m，但由于杂散电容，磁芯绕组会使传感器的响应速度低。霍尔传感器温度稳定性差，弱磁灵敏度小不利于小电流测量，而且用霍尔元件制成的电流传感器含聚磁磁芯，导致传感器体积增大(鲍丙豪.电测与仪表.2000， 37 (412) 24-26)；虽然霍尔元件和磁敏电阻元件都做成微型器件，但它们的磁通检测率大约是0. 0e，而且霍尔元件的最高工作温度在70°C。巨磁电阻(GMR)元件是利用磁性材料的巨磁电阻效应，这种效应是在外加磁场的情况下材料的电阻发生巨变的现象，其灵敏度可以提高一个数量级，达到/0e，。但用 GMR材料制作的传感器仍不十分理想，通常只在低温与外加强磁场(大约IOkOe)下才可看到，且又仅限于GMR效应并不十分显著的金属多层膜材料，还存在磁滞、温度不稳定等问题。这些都限制了其在磁电测量领域中的应用。
实用新型内容为了解决现有磁传感器的不足之处，本实用新型提供一种基于巨磁阻抗效应原理、采用溶胶凝胶法低成本制备敏感元件、对直流磁场具有一定敏感度的磁传感器。本实用新型一种基于巨磁阻抗效应的磁传感器，包括恒流源激励电路、前置放大电路、峰值检波电路、低通滤波电路、差分放大器、参考电压源与敏感元件。其中，激励电压通入到恒流源激励电路使恒流源激励电路为敏感元件提供稳定的交流正弦激励电流，使敏感元件两端产生高频电压，敏感元件两端的高频电压通过前置放大电路进行一级放大，放大后的高频电压通过峰值检波电路进行检测，得到低频电压；低频电压进入到低通滤波电路进行平滑滤波，得到直流电压；直流电压信号进入到差分放大器中；参考电压源向差分放大器通入与外部磁场为零时，敏感元件两端的直流电压信号相等的电压信号；差分放大器将敏感元件两端的直流电压信号与参考电压源提供的电压信号进行差分运算并放大，得到敏感元件由于外部磁场所变化的阻值对应的直流电压信号。本实用新型的优点在于1、本实用新型磁传感器利用巨磁阻抗效应制成，使磁传感器能够探测微弱直流磁场；2、本实用新型磁传感器灵敏度高，稳定性好、功耗低、响应速度快，且制造成本低；3、本实用新型磁传感器采用LaMnOx薄膜作为敏感元件，有利于采用MEMS工艺实现微型化。
图1是本实用新型磁传感器结构框图；图2是本实用新型磁传感器随外界直流磁场变化的输出电压曲线。图中1、恒流源激励电路 2、前置放大电路 3、峰值检波电路 4、低通滤波电路5、差分放大器6、参考电压源 7、LaMnOx薄膜
具体实施方式
以下结合附图来对本实用新型作进一步说明。本实用新型一种基于巨磁阻抗效应的磁传感器，包括恒流源激励电路1、前置放大电路2、峰值检波电路3、低通滤波电路4、差分放大器5、参考电压源6与LaMnOx薄膜7，如图 1所示，恒流源激励电路1的电流输出端与LaMnOx薄膜7相连，LaMnOx薄膜7接地，LaMnOx 薄膜7两端与前置放大电路2输入端相连。前置放大电路2的输出端与峰值检波电路3的输入端相连；峰值检波电路3的输出端与低通滤波电路4相连，低通滤波电路4的输出端与差分放大器5的输入端相连；参考电压源6的输出端与差分放大器5的输入端相连。当外部磁场变化时，LaMnOx薄膜7的阻抗会随之产生变化，因此对恒流源激励电路1输入激励电压信号Vi，使恒流源激励电路1为LaMnOx薄膜7提供稳定的电流激励，使 LaMnOx薄膜7两端的电压能够反映LaMnOx薄膜7阻抗变化。恒流源激励电路1还将LaMnOx 薄膜7两端的高频电压发送给前置放大电路2。本实用新型中LaMnOx薄膜7采用溶胶凝胶法并使用镍金属合金作为衬底制作而成。对恒流源激励电路提供不同幅值激励电压信号Vi，进而改变了通过LaMnOx薄膜7 的激励电流大小。通过测量LaMnOx薄膜7两端的电压波形发现，电流过小或过大都会使电压波形失真，因此本实用新型正常波形工作激励电流范围为llmA-20mA。当LaMnOx薄膜7两端的输出微弱电压信号(电压峰值在几到几十毫伏)时，无法对LaMnOx薄膜7两端的电压信号进行检波；且输出的微弱电压信号造成LaMnOx薄膜7的阻抗，无法与后续电路匹配。因此通过前置放大器将LaMnOx薄膜7两端的高频电压信号进行一级放大后，通入到峰值检波电路3。峰值检波电路3用来将迭加在LaMnOx薄膜7两端的高频电压信号上的低频电压信号检测出来，得到LaMnOx薄膜7两端的低频电压信号，并将通入到低通滤波电路4。 由于峰值检波电路3时间常数受限，以及外磁场的干扰导致一些高频电压信号不能完全被衰减掉，因此通过上述峰值检波电路3后得到的LaMnOx薄膜7两端的低频电压信号中仍然混杂有一些高频电压信号。通过低通滤波电路4对LaMnOx薄膜7两端的低频电压信号进行平滑滤波，将低频电压信号中存在的高频电压信号完全衰减掉，最终得到LaMnOx薄膜7两端的直流电压信号，并将直流电压信号通入到差分放大器5中。当外部磁场为零时，由于输入的激励电压信号Vi的存在，因此磁传感器的输出信号不为零，导致无法确定外部是否具有磁场。因此通过参考电压源6向差分放大器5提供一个参考电压信号，通过调节参考电压信号的大小，使参考电压信号与磁场为零时由低通滤波电路4向差分放大器5通入的直流电压信号大小相等。差 分放大器5将直流电压信号与参考电压信号进行差分运算并进行放大，最终得到磁传感器的输出电压信号Vout。当外部磁场为零时，通过差分放大器5进行差分运算后得到的磁传感器输出电压信号Vout为零。当外部磁场不为零时，通过差分放大器5进行差分运算后得到的磁传感器输出电压信号Vout即为外部磁场的电压信号。由此通过本实用新型磁传感器可通过输出电压来间接反映加在LaMnOx薄膜7外部磁场的大小。经实验，本实用新型磁传感器随外界直流磁场变化的输出电压曲线，如图2所示， 可见本实用新型对磁场有一定的灵敏度。
权利要求1.一种基于巨磁阻抗效应的磁传感器，其特征在于包括用于为LaMnOx薄膜提供稳定的交流正弦激励电流的恒流源激励电路； 用于将LaMnOx薄膜两端高频电压信号进行一级放大的前置放大电路； 用于从一级放大后的高频电压信号中的获取低频电压信号的峰值检波电路； 用于将低频电压信号进行平滑滤波的低通滤波电路；用来将LaMnOx薄膜两端的直流电压信号与参考电压源提供的电压信号进行差分运算并放大的差分放大器；用于为差分放大器提供一个参考电压信号的参考电压源；参考电压信号与外部磁场为零时LaMnOx薄膜两端的直流电压信号相等。
2.如权利要求1所述一种基于巨磁阻抗效应的磁传感器，其特征在于所述LaMnOx薄膜采用溶胶凝胶法制成。
3.如权利要求1所述一种基于巨磁阻抗效应的磁传感器，其特征在于所述LaMnOx薄膜使用镍金属合金作为衬底。
4.如权利要求1所述一种基于巨磁阻抗效应的磁传感器，其特征在于所述恒流源激励电路为LaMnOx薄膜提供的交流正弦激励电流为llmA-20mA。
专利摘要本实用新型公开了一种磁传感器，包括一个用于为LaMnOx薄膜提供稳定的交流正弦激励电流的激恒流源激励电路。一个用于将LaMnOx薄膜两端高频电压信号进行一级放大的前置放大电路；一个用于从放大后的高频电压信号中的获取低频电压信号的峰值检波电路；一个用于将低频电压信号进行平滑滤波，得到直流电压信号的低通滤波电路；一个用于为差分放大器提供一个与外部磁场为零时LaMnOx薄膜两端的直流电压信号相等的电压信号；以及一个用来将LaMnOx薄膜两端的直流电压信号与参考电压源低通的电压信号进行差分运算并放大的差分放大器。本实用新型不但继承了传统磁传感器的优点，而且使磁传感器能够探测微弱直流磁场。
文档编号G01R33/09GK202066953SQ201120176700
公开日2011年12月7日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者杨慧, 王三胜, 褚向华 申请人:北京鼎臣超导科技有限公司