如果VAC 大于零，那么，Vi(B)对应于曲线％ (B)的较大B，并且反之亦然。可使用例如图11中所示的 低通滤波器去除AC信号，仅保留DC信号。根据其他实施例，可使用带通滤波器去除小的施 加的AC信号，且可选择f使得其在需检测的磁场的已知的频率范围外。为了测量DC磁场， 频率f应大于1Hz，优选地，大于25Hz。在一个实施例中，频率小于约1MHz。为了测量AC磁 场，频率f应在约1Hz和约1MHz之间，且优选地，在约50Hz和约500kHz之间。理想地，频率 f应在测量的AC磁场频率范围外，且优选地，测量的频率范围的值的至少约两倍。例如，如 果用户想要测量〇和1kHz之间的磁场，那么，频率f应大于1kHz，且优选地，至少约2kHz。
[0092] 图12中示出处理器中的至少一个使用的算法的流程图，该算法用于使用图10中 的电压数据的导数确定外部磁场。至少一个处理器被配置成通过确定是大于零还是小 于零，来确定外部磁场是在较低磁场范围内还是在较高磁场范围gu内。
[0093] 磁强计的一些实施例可使用霍尔效应传感器、磁阻材料的非欧姆特性以及单独的 AC磁场中的两个或多个的结合，来确定施加到磁强计的外部磁场。
[0094]目的不是将本发明的范围限制到上述仅有的示例。本领域的技术人员应理解，不 脱离本发明的范围的许多变化是可能的。
【主权项】
1. 一种用于确定外部磁场的磁强计，所述磁强计包括： 磁阻材料，所述磁阻材料在所述外部磁场施加到所述磁阻材料时具有电阻响应，所述 电阻响应包括：在施加第一范围的递增外部磁场时的减小响应，以及在施加第二范围的递 增外部磁场时的增加响应；以及 电极装置，所述电极装置联接到所述磁阻材料，用于测量所述磁阻材料对施加到所述 磁阻材料的所述外部磁场的电阻响应；以及 一个或多个处理器，其中所述一个或多个处理器中的至少一个处理器被配置成确定施 加到所述磁阻材料的所述外部磁场是在所述第一范围中还是在所述第二范围中，并且其中 所述一个或多个处理器中的至少一个被配置成至少部分基于所述磁阻材料对所述外部磁 场的电阻响应确定所述外部磁场，并且确定所述外部磁场是在所述第一范围中还是在所述 第二范围中。2. 根据权利要求1所述的磁强计，其中所述磁阻材料展现超顺磁性，其中在大的施加 磁场降低到零时存在可忽略的剩磁。3. 根据权利要求1或2所述的磁强计，其中所述磁阻材料包括纳米颗粒，并且所述材料 呈现负磁阻的电子自旋极化，所述电子自旋极化源于操作温度范围上的纳米颗粒之间的自 旋隧穿。4. 根据权利要求3所述的磁强计，其中所述磁阻材料包括从以下组成的组中选择的纳 米颗粒：铁，镇，钻，铁、镇和钻的合金和氧化物，以及室温下显不铁磁性的铁、镇和钻的混合 物。5. 根据权利要求3所述的磁强计，其中所述磁阻材料包括铁磁铁氧体的纳米颗粒。6. 根据权利要求5所述的磁强计，其中所述铁磁铁氧体从由ZnFe 204、BaFe12O9以及 Ni。. 5ZnQ. 5Fe204组成的组中选择。7. 根据权利要求3或4所述的磁强计，其中所述纳米颗粒是铁（II，III)氧化物 (Fe3O4) 〇8. 根据权利要求3至7中任一项所述的磁强计，其中所述磁阻材料是包含嵌入到半导 体基质中的纳米颗粒和非金属纳米颗粒的组合物。9. 根据权利要求8所述的磁强计，其中所述非金属纳米颗粒是银（Ag)。10. 根据权利要求8或9所述的磁强计，其中所述半导体基质是氧化铝（Al 203)。11. 根据权利要求3至7中任一项所述的磁强计，其中所述纳米颗粒合成到膜的基底的 表面上或嵌入到膜的基底的表面中。12. 根据权利要求11所述的磁强计，其中所述膜包括二氧化硅（SiO2)基底以及铁（Fe) 纳米颗粒。13. 根据权利要求12所述的磁强计，其中所述磁阻材料包含通过离子注入和电子束退 火制作的位于二氧化硅上的表面铁纳米簇。14. 根据权利要求1或2所述的磁强计，包括薄膜、厚膜、体纳米组合物和/或压粉的叠 层，所述叠层包括所述磁阻材料。15. 根据权利要求1至14中任一项所述的磁强计，其中所述电极装置包括两个电极。16. 根据权利要求1至15中任一项所述的磁强计，其中所述电极装置包括四个电极。17. 根据权利要求1至16中任一项所述的磁强计，包括霍尔效应传感器，所述霍尔效应 传感器与所述一个或多个处理器中的至少一个处理器电通信。18. 根据权利要求17所述的磁强计，其中所述霍尔效应传感器与所述磁阻材料物理分 离。19. 根据权利要求17所述的磁强计，其中所述霍尔效应传感器与所述磁阻材料集成。20. 根据权利要求17至19中任一项所述的磁强计，其中所述霍尔效应传感器被配置成 响应于施加到所述磁阻材料的所述外部磁场而生成电压。22. 根据权利要求18至21中任一项所述的磁强计，其中所述至少一个处理器被配置成 在所述霍尔效应传感器生成的电压小于阈值时，确定所述外部磁场在所述第一范围中，并 且在所述霍尔效应传感器生成的电压超过阈值时，确定所述外部磁场在所述第二范围中。23. 根据权利要求18至21中任一项所述的磁强计，其中所述至少一个处理器被配置成 在所述霍尔效应传感器生成的电压小于阈值时，确定所述外部磁场在所述第二范围中，并 且在所述霍尔效应传感器生成的电压超过阈值时，确定所述外部磁场在所述第一范围中。24. 根据权利要求1至22中任一项所述的磁强计，其中所述磁阻材料具有非欧姆特性， 并且所述一个或多个处理器中的所述至少一个处理器被配置成确定来自所述磁阻材料的 非欧姆信号，其中所述至少一个处理器被配置成使用所述非欧姆信号确定施加到所述磁阻 材料的所述外部磁场在所述第一范围中还是在所述第二范围中。25. 根据权利要求1至24中任一项所述的磁强计，其中所述至少一个处理器被配置成 至少部分基于两个不同电流下所述磁阻材料上的电压差，确定所述外部磁场。26. 根据权利要求1至25中任一项所述的磁强计，其中所述至少一个处理器被配置成 至少部分基于施加到所述磁阻材料的导致AC电压的AC电流成分，确定所述外部磁场。27. 根据权利要求1至26中任一项所述的磁强计，其中使用所述电极装置针对第一电 流I1测量第一电压V i，以及使用所述电极装置针对第二电流I2测量第二电压V 2。28. 根据权利要求27所述的磁强计，其中所述至少一个处理器被配置成使用下面的等 式计算施加所述第一电流和所述第二电流时的磁阻之差AMR : AMR = V1 (B)/V1 (O)-V2 (B)/V2(O) 其中，％和V 2分别是针对电流I i和电流12所测量的电压，V i (B)和V2⑶是所述外部 磁场B施加到所述磁阻材料时所测量的电压，并且V1(O)和V2(O)是没有外部磁场施加到所 述磁阻材料时所测量的电压。29. 根据权利要求28所述的磁强计，其中，在所述磁阻之差AMR大于阈值AMRswitdl时， 所述至少一个处理器被配置成确定所述外部磁场在磁场的所述第二范围中，并且在所述磁 阻之差AMR小于或等于阈值AMR switah时，所述至少一个处理器被配置成确定所述外部磁 场在磁场的所述第一范围中。30. 根据权利要求28所述的磁强计，其中，在所述磁阻之差AMR大于阈值AMRswitdl时， 所述至少一个处理器被配置成确定所述外部磁场在磁场的所述第一范围中，并且在所述磁 阻之差AMR小于或等于阈值AMR switah时，所述至少一个处理器被配置成确定所述外部磁 场在磁场的所述第二范围中。31. 根据权利要求1至30中任一项所述的磁强计，其中控制磁源适于以第一频率对所 述磁阻材料施加AC磁场，所述AC磁场与所述外部磁场交互以在所述磁阻材料上产生具有 AC成分的最终电压，其中所述至少一个处理器被配置成基于所述AC成分，确定施加到所述 磁阻材料的所述外部磁场在所述第一范围中还是在所述第二范围中。32. 根据权利要求31所述的磁强计，其中所述第一频率被选择为使得所述第一频率与 需确定的所述外部磁场的频率范围不同。33. 根据权利要求31或32所述的磁强计，包括频率过滤器，所述频率过滤器被配置成 从所述AC成分过滤掉具有所述第一频率的电压成分。34. 根据权利要求33所述的磁强计，其中所述频率过滤器是低通滤波器或带通滤波 器。36. 根据权利要求31至35中任一项所述的磁强计，其中所述至少一个处理器被配置 成在所述AC成分大于阈值时，确定所述外部磁场在磁场的所述第一范围中，并且在所述AC 成分小于阈值时，确定所述外部磁场在磁场的所述第二范围中。37. 根据权利要求31至35中任一项所述的磁强计，其中所述至少一个处理器被配置 成在所述AC成分大于阈值时，确定所述外部磁场在磁场的所述第二范围中，并且在所述AC 成分小于阈值时，确定所述外部磁场在磁场的所述第一范围中。38. 根据权利要求31至37中任一项所述的磁强计，其中所述第一频率是测量的所述外 部磁场的频率范围的值的至少约两倍。
【专利摘要】一种磁强计100，用于确定外部磁场，包括形成的磁阻材料、电极装置104以及处理器。所述磁阻材料的电阻响应包括：施加第一范围的递增外部磁场时的减小响应，以及施加第二范围的递增外部磁场时的增加响应。所述电极装置104测量所述磁阻材料对施加的所述外部磁场的所述电阻响应。所述处理器被配置成确定施加到所述磁阻材料的所述外部磁场是在所述第一范围中还是在所述第二范围中。所述处理器被配置成至少部分基于所述磁阻材料对所述外部磁场的电阻响应确定所述外部磁场，并且确定所述外部磁场是在所述第一范围中还是在所述第二范围中。
【IPC分类】G01R33/07, G01R33/09, G01R33/02
【公开号】CN104995525
【申请号】CN201380072997
【发明人】约翰·V·肯尼迪, J·莱韦纳尔, G·V·M·威廉姆斯
【申请人】地质研究院及核科学有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2013年12月17日
【公告号】EP2932284A1, US20150323615, WO2014097128A1