多量程磁传感器、磁场测量方法及导体制备方法与流程

本申请涉及磁场测量，特别是涉及一种多量程磁传感器、磁场测量方法及导体制备方法。

背景技术：

1、磁传感器是感应磁场变化并将该变化转换为电信号的设备，广泛应用于汽车工业、智能电网、地质勘探、生物医疗等诸多领域。磁传感器是感应磁场变化并将该变化转换为电信号的设备。

2、目前存多种不同类型的磁传感器，各磁传感器能够单独实现不同量程范围内的磁场测量，然而由于一些领域的磁场覆盖范围较广，为了实现对磁场探测的全面覆盖，往往需要结合多个不同量程范围的磁传感器，来实现全覆盖的探测需求。

3、但是，由于不同类型的磁传感器之间存在差异，因此在将多个磁传感器进行装配以实现全覆盖探测的过程中存在兼容问题，故，亟需改进。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提供不同量程范围的多量程磁传感器、磁场测量方法及导体制备方法。

2、第一方面，本申请提供了一种多量程磁传感器，多量程磁传感器包括多个导体，每个导体均包括呈十字形结构的第一臂和第二臂；

3、各导体的第一臂首尾相连，且各导体的第一臂的尺寸从首端至末端依次递减；各导体的第二臂之间相互平行，且各导体的第二臂的尺寸从首端至末端依次递减；

4、每个导体均包括重金属层、磁敏感薄膜层和绝缘衬底层，其中，重金属层位于磁敏感薄膜层上表面、磁敏感薄膜层置于绝缘衬底层的上表面。

5、在其中一个实施例中，绝缘衬底层为单晶绝缘衬底层。

6、在其中一个实施例中，磁敏感薄膜层为与绝缘衬底层之间的晶格失配小于3％的外延单晶薄膜。

7、在其中一个实施例中，绝缘衬底层为mgal2o4单晶基片，磁敏感薄膜层为5～25nm厚的nico2o4外延薄膜。

8、在其中一个实施例中，绝缘衬底层为mgo单晶基片，磁敏感薄膜层为15～40nm厚的fe3o4外延薄膜。

9、在其中一个实施例中，绝缘衬底层为srtio3单晶基片，磁敏感薄膜层为6～30nm厚的la0.67sr0.33mn0.85ru0.15o3。

10、在其中一个实施例中，各导体的第一臂的长度为50～200μm，宽度为50～100μm；各导体第二臂的长度为10～100μm。

11、第二方面，本申请提供了一种磁场测量方法方法，该方法包括：

12、向置于待测量磁场中的多量程磁传感器施加第一工作电流，以使得多量程磁传感器处于磁场测量模式；其中，多量程传感器为上述多量程传感器；

13、测量多量程磁传感器的各导体的第二臂的测量电压；

14、根据各测量电压，确定待测量磁场的磁场大小。

15、在其中一个实施例中，根据各测量电压，确定待测量磁场的磁场大小，包括：

16、将各测量电压与基准电压进行比对；其中，基准电压为述多量程磁传感器在饱和磁场内所输出的饱和电压的一半；

17、确定与基准电压之间差值最小的测量电压对应的第二臂，并作为目标臂；

18、根据目标臂的测量电压，确定待测量磁场的磁场大小。

19、在其中一个实施例中，根据目标臂的测量电压，确定待测量磁场的磁场大小，包括：

20、基于目标臂对应导体的灵敏度、第一工作电流，以及目标臂的测量电压，确定待测量磁场在相应量程范围内的磁场大小；

21、将待测量磁场在相应量程范围内的磁场大小，确定为待测量磁场的磁场大小。

22、在其中一个实施例中，该磁场测量方法还包括：向置于待测量磁场中的多量程磁传感器施加第二工作电流，以使得多量程磁传感器中位于首端的导体处于磁场记录模式；其中，第二工作电流小于第一工作电流；

23、测量多量程磁传感器中，位于首端的导体的第二臂的记录电压；

24、根据记录电压，以及多量程磁传感器中位于首端的导体的反常霍尔效应曲线，记录待测量磁场的磁场方向。

25、第三方面，本申请还提供了一种磁场测量装置，该装置包括：

26、测试模块，用于向置于待测量磁场中的多量程磁传感器施加第一工作电流，以使得多量程磁传感器处于磁场测量模式；其中，多量程传感器为上述多量程传感器；

27、检测模块，用于测量多量程磁传感器的各导体的第二臂的测量电压；

28、计算模块，用于根据各测量电压，确定待测量磁场的磁场大小。

29、第四方面，本申请还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

30、向置于待测量磁场中的多量程磁传感器施加第一工作电流，以使得多量程磁传感器处于磁场测量模式；其中，多量程传感器为上述多量程传感器；

31、测量多量程磁传感器的各导体的第二臂的测量电压；

32、根据各测量电压，确定待测量磁场的磁场大小。

33、第五方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

34、向置于待测量磁场中的多量程磁传感器施加第一工作电流，以使得多量程磁传感器处于磁场测量模式；其中，多量程传感器为上述多量程传感器；

35、测量多量程磁传感器的各导体的第二臂的测量电压；

36、根据各测量电压，确定待测量磁场的磁场大小。

37、第六方面，本申请还提供了一种导体制备方法，导体用于构建上多量程磁传感器，方法包括：

38、在绝缘衬底层之上采用磁控溅射或脉冲激光沉积方法制备磁敏感薄膜层；

39、在磁敏感薄膜层之上制备重金属层；

40、采用标准光刻工艺保护各导体第一臂和第二臂的十字结构图型，并用湿法刻蚀方法去除其余未保护的磁感应薄膜层和重金属层；

41、采用光刻对准工艺获得电极图形结构，在各导体的第二臂两端分别镀刻电极图形结构。

42、上述多量程磁传感器、磁场测量方法及导体制备方法，在待测量磁场内向各导体内通入恒定电流时，由于多量程磁传感器内自首端至末端的各导体的尺寸(第一臂的尺寸和第二臂的尺寸)呈递减趋势，因此，多量程磁传感器内自首端至末端的各导体内的电流密度呈递增趋势，进而使得自首端至末端的导体对应的磁场量程范围逐渐增大，因此，无需频繁调节通入的恒定电流，即可获得多个不同的量程范围，且各个导体之间材料相同、首尾相连，差异性较小，不存在兼容问题。

技术特征：

1.一种多量程磁传感器，其特征在于，所述多量程磁传感器包括多个导体，每个导体均包括呈十字形结构的第一臂和第二臂；

2.根据权利要求1所述的多量程磁传感器，其特征在于，所述绝缘衬底层为单晶绝缘衬底层。

3.根据权利要求2所述的多量程磁传感器，其特征在于，所述磁敏感薄膜层为与所述绝缘衬底层之间的晶格失配小于3％的外延单晶薄膜。

4.根据权利要求3所述的多量程磁传感器，其特征在于，所述绝缘衬底层为mgal2o4单晶基片，所述磁敏感薄膜层为5～25nm厚的nico2o4外延薄膜。

5.根据权利要求3所述的多量程磁传感器，其特征在于，所述绝缘衬底层为mgo单晶基片，所述磁敏感薄膜层为15～40nm厚的fe3o4外延薄膜。

6.根据权利要求3所述的多量程磁传感器，其特征在于，所述绝缘衬底层为srtio3单晶基片，所述磁敏感薄膜层为6～30nm厚的la0.67sr0.33mn0.85ru0.15o3。

7.根据权利要求1所述的多量程磁传感器，其特征在于，各导体的第一臂的长度为50～200μm，宽度为50～100μm；所述各导体第二臂的长度为10～100μm。

8.一种磁场测量方法，其特征在于，该方法包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据各测量电压，确定所述待测量磁场的磁场大小，包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标臂的测量电压，确定所述待测量磁场的磁场大小，包括：

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

12.一种导体制备方法，所述导体用于构建权利要求1至7中任一项所述的多量程磁传感器，其特征在于，所述方法包括：

技术总结
本申请涉及磁场测量技术领域，特别是涉及一种多量程磁传感器、磁场测量方法及导体制备方法。多量程磁传感器包括多个导体，每个导体均包括呈十字形结构的第一臂和第二臂；各导体的第一臂首尾相连，且各导体的第一臂的尺寸从首端至末端依次递减；各导体的第二臂之间相互平行，且各导体的第二臂的尺寸从首端至末端依次递减；每个导体均包括重金属层、磁敏感薄膜层和绝缘衬底层，其中，重金属层位于磁敏感薄膜层上表面、磁敏感薄膜层置于绝缘衬底层的上表面。本申请提供了能够提供不同量程范围磁传感器。

技术研发人员：田兵,李鹏,骆柏锋,吕前程,尹旭,张佳明,林跃欢,刘胜荣,王志明,韦杰,谭则杰,陈仁泽
受保护的技术使用者：南方电网数字电网研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13