一種利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯的裝置及其改善方法
2024-04-05 08:16:05
一種利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯的裝置及其改善方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯的裝置，包括：巨磁阻抗敏感材料，其在工作狀態下測量外磁場變化下變化的阻抗信號數據；驅動電源，其與巨磁阻抗敏感材料的兩端連接，使巨磁阻抗敏感材料交流磁化並工作；金屬殼，其包圍在巨磁阻抗敏感材料的外圍；輔助電源，其與金屬殼連接，用於在巨磁阻抗敏感材料與金屬殼之間產生電場。本發明在該電場的作用下，傳感器的磁滯現象被明顯抑制了，提高了傳感器的精度。本發明還提出了一種利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯的裝置的改善方法。
【專利說明】一種利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯的裝置及其改善方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及優化磁性傳感器性能領域，具體涉及一種利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯的裝置及其改善方法。
【背景技術】
[0002]現有技術中通過驅動電源產生交流驅動磁場，施加在巨磁阻抗(GMI)敏感材料的兩端，使GMI敏感材料磁化飽和。將GMI材料置於外磁場中,外磁場平行材料和金屬殼長軸方向，由外磁場變化引起的阻抗變化信號在GMI敏感材料兩端，傳感採集器直接測得。
[0003]當磁場從負飽和變化到正飽和時的阻抗曲線(increase)和當磁場從正飽和變化到負飽和時的阻抗曲線(decrease)存在差異，這種差異是因為材料存在磁滯。眾所周知，只要是磁性材料就存在磁滯現象，GMI傳感器使用高磁導率低磁滯的材料(磁導率高達幾十萬，矯頑力小到幾個A/m)，其由磁滯導致的非一致性一般來說遠遠低於其他傳感器。但是恰恰因為其極高的解析度，微小的不一致性也會對傳感器的精度造成影響。因此，研究如何克服這種由磁滯引起的不一致性就顯得很有意義。
【發明內容】
[0004]本發明克服了【背景技術】中的上述不足，提出一種利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯的裝置及其改善方法。本發明在巨磁阻抗傳感器的巨磁阻抗敏感材料兩端施加驅動信號，測量外磁場變化下阻抗信號的變化。在巨磁阻抗敏感材料外，安裝了一個金屬殼，在金屬殼上施加了 一個穩定的電勢，進而在殼和巨磁阻抗敏感材料之間產生電場。在該電場的作用下，傳感器的磁滯現象被明顯抑制了，提高了傳感器的精度。
[0005]本發明提出了一種利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯的裝置，包括:
[0006]巨磁阻抗敏感材料，其在工作狀態下測量外磁場變化下變化的阻抗信號數據；
[0007]驅動電源，其與所述巨磁阻抗敏感材料的兩端連接，使所述巨磁阻抗敏感材料交流磁化並工作；
[0008]金屬殼，其包圍在所述巨磁阻抗敏感材料的外圍；
[0009]輔助電源，其與所述金屬殼連接，用於在所述巨磁阻抗敏感材料與所述金屬殼之間產生電場。
[0010]其中，進一步包括傳感採集器，其與所述巨磁阻抗敏感材料的兩端連接，測量所述巨磁阻抗敏感材料的阻抗信號數據。
[0011]其中，所述巨磁阻抗敏感材料的材料是在外加磁場發生變化下，交流阻抗變化大於I %的金屬。
[0012]其中，所述金屬殼的材料是不具磁性的金屬。
[0013]其中，進一步包括所述金屬層是沉積在所述巨磁阻抗敏感材料表面的金屬的包圍結構。[0014]其中，所述金屬殼和所述巨磁阻抗敏感材料之間設置有絕緣層。
[0015]本發明還提出了一種利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯的裝置的改善方法，包括:
[0016]步驟一:選通所述驅動電源產生交流驅動磁場施加在所述巨磁阻抗敏感材料的兩端，磁化所述巨磁阻抗敏感材料；
[0017]步驟二:選通所述輔助電源向所述金屬殼供電，在所述金屬殼上產生穩定的電勢；
[0018]步驟三:所述巨磁阻抗敏感材料與所述金屬殼的電勢之間產生徑向分布電場，抑制磁滯現象。
[0019]其中，進一步包括步驟四:將所述巨磁阻抗敏感材料與金屬殼置於外磁場中，所述傳感採集器測量所述巨磁阻抗敏感材料兩端變化的阻抗信號數據。
[0020]其中，所述驅動電源使所述巨磁阻抗敏感材料磁化飽和。
[0021]其中，所述外磁場的磁感線方向平行於所述巨磁阻抗敏感材料與金屬殼的長軸方向。
[0022]本發明在巨磁阻抗敏感材料外安裝了與之產生徑向分布電場的金屬殼，該電場對材料的磁化過程產生了影響，改善了材料存在的磁滯問題。
[0023]本發明結構簡單，安裝方便，極大的提高了傳感器的測量精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯的裝置的示意圖。
[0025]圖2是本發明改善方法的流程圖。
[0026]圖3是外磁場在21MHz時阻抗比信號隨磁場的變化的波形圖。
[0027]圖4是最高阻抗比信號隨頻率的變化的波形圖。
【具體實施方式】
[0028]結合以下具體實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明。實施本發明的過程、條件、實驗方法等，除以下專門提及的內容之外，均為本領域的普遍知識和公知常識，本發明沒有特別限制內容。
[0029]1-巨磁阻抗敏感材料，2-驅動電源，3-金屬殼，4-輔助電源，5-傳感採集器。
[0030]本發明的利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯的裝置，包括:
[0031]巨磁阻抗敏感材料1，其在工作狀態下測量外磁場變化下變化的阻抗信號數據；
[0032]驅動電源2，其與巨磁阻抗敏感材料I的兩端連接，使巨磁阻抗敏感材料I交流磁化並工作；
[0033]金屬殼3，其包圍在巨磁阻抗敏感材料I的外圍；
[0034]輔助電源4，其與金屬殼3連接，用於在巨磁阻抗敏感材料I與金屬殼3之間產生電場。
[0035]本發明中進一步包括傳感器採集器5，其與巨磁阻抗敏感材料I的兩端連接，測量巨磁阻抗敏感材料I的阻抗信號數據。
[0036]其中，巨磁阻抗敏感材料I的材料是在外加磁場發生變化下，交流阻抗變化大於1 %的金屬。
[0037]本發明中，金屬殼3的材料是不具磁性的金屬。金屬層3還可以是沉積在巨磁阻抗敏感材料1表面的金屬的包圍結構。金屬殼3和巨磁阻抗敏感材料I之間設有絕緣層。
[0038]如圖1所示，本發明的構成包括巨磁阻抗(GMI)敏感材料1、驅動電源2、金屬殼3、輔助電源4、傳感採集器5。驅動電源2，產生交流驅動磁場，施加在巨磁阻抗敏感材料I的兩端，使巨磁阻抗敏感材料I磁化飽和。巨磁阻抗敏感材料I在驅動電源2產生的交流信號下驅動下，對外磁場進行感應。巨磁阻抗敏感材料I的形狀包括但不限於絲、薄膜、塊體、薄帶、粉末等等。金屬殼3用來將巨磁阻抗敏感材料I放置在其內正中位置，輔助電源4和金屬殼3連接,輔助電源4在金屬殼3上產生一個穩定的電勢,產生對巨磁阻抗敏感材料I磁化過程起作用的電場，該電場起到減少磁滯的作用。由外磁場變化引起變化的阻抗信號數據存在於巨磁阻抗敏感材料I的兩端，由傳感採集器5採集獲得。
[0039]本發明的利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯的裝置的改善方法，如圖2所示，包括:
[0040]步驟一:選通驅動電源2產生交流驅動磁場施加在巨磁阻抗敏感材料I的兩端，磁化巨磁阻抗敏感材料I,直至巨磁阻抗敏感材料I磁化飽和；
[0041]步驟二:選通輔助電源4向金屬殼3供電,在金屬殼3上產生穩定的電勢；
[0042]步驟三:巨磁阻抗敏感材料I與金屬殼3的電勢之間產生徑向分布電場，抑制磁滯現象。
[0043]本發明的改善方法進一步包括步驟四:將巨磁阻抗敏感材料I與金屬殼3置於外磁場中，傳感採集器5測量巨磁阻抗敏感材料I兩端變化的阻抗信號數據。外磁場的磁感線方向平行於巨磁阻抗敏感材料I與金屬殼3的長軸方向。
[0044]本實施例中，驅動電源2產生交流驅動磁場施加在巨磁阻抗敏感材料I的兩端，使巨磁阻抗敏感材料磁化飽和。在巨磁阻抗敏感材料I外套上一層金屬殼3。金屬殼3和輔助電源4連接，在金屬殼3上產生一個穩定的電勢，進而產生對巨磁阻抗敏感材料I磁化過程起作用的電場。將巨磁阻抗敏感材料I與金屬殼3置於外磁場內，外磁場的磁感線平行與巨磁阻抗敏感材料I和金屬殼3長軸方向。由外磁場變化引起的阻抗信號數據的變化存在於巨磁阻抗敏感材料I的兩端，由傳感採集器5直接測得。
[0045]本實施例中通過將應用本發明改善方法前後的阻抗信號數據的對比，進一步說明本發明利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯的裝置及其改善方法的效果。
[0046]磁阻抗比(MI ratio)的定義以如下公式表示:
【權利要求】
1.一種利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯的裝置，其特徵在於，包括: 巨磁阻抗敏感材料(I)，其在工作狀態下測量外磁場變化下變化的阻抗信號數據； 驅動電源(2)，其與所述巨磁阻抗敏感材料(I)的兩端連接，使所述巨磁阻抗敏感材料(I)交流磁化並工作； 金屬殼(3)，其包圍在所述巨磁阻抗敏感材料⑴的外圍； 輔助電源(4)，其與所述金屬殼(3)連接，用於在所述巨磁阻抗敏感材料(I)與所述金屬殼⑶之間產生電場。
2.如權利要求1所述利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯裝置，其特徵在於，進一步包括傳感採集器(5)，其與所述巨磁阻抗敏感材料(I)的兩端連接，測量所述巨磁阻抗敏感材料(I)的阻抗信號數據。
3.如權利要求1所述利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯裝置，其特徵在於，所述巨磁阻抗敏感材料(I)的材料是在外加磁場發生變化下，交流阻抗變化大於I %的金屬。
4.如權利要求1所述利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯裝置，其特徵在於，所述金屬殼(3)的材料是不具磁性的金屬。
5.如權利要求1所述利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯裝置，其特徵在於，進一步包括所述金屬層(3)是沉積在所述巨磁阻抗敏感材料(I)表面的金屬的包圍結構。
6.如權利要求1所述利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯裝置，其特徵在於，所述金屬殼(3)和所述巨磁阻抗敏感材料(I)之間設置有絕緣層。
7.一種利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯的裝置的改善方法，其特徵在於，包括: 步驟一:選通所述驅動電源(2)產生交流驅動磁場施加在所述巨磁阻抗敏感材料(I)的兩端，磁化所述巨磁阻抗敏感材料(I)； 步驟二:選通所述輔助電源(4)向所述金屬殼(3)供電，在所述金屬殼(3)上產生穩定的電勢； 步驟三:所述巨磁阻抗敏感材料(I)與所述金屬殼(3)的電勢之間產生徑向分布電場，抑制磁滯現象。
8.如權利要求7所述的利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯的裝置的改善方法，其特徵在於，進一步包括步驟四:將所述巨磁阻抗敏感材料(I)與金屬殼(3)置於外磁場中，所述傳感採集器(5)測量所述巨磁阻抗敏感材料(I)兩端變化的阻抗信號數據。
9.如權利要求7所述的利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯的裝置的改善方法，其特徵在於，所述驅動電源(2)使所述巨磁阻抗敏感材料(I)磁化飽和。
10.如權利要求8所述的利用電場改善巨磁阻抗傳感器磁滯的裝置的改善方法，其特徵在於，所述外磁場的磁感線方向平行於所述巨磁阻抗敏感材料(I)與金屬殼(3)的長軸方向。
【文檔編號】G01R1/04GK103675724SQ201210352756
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月19日 優先權日:2012年9月19日
【發明者】張清, 阮建中, 趙振傑, 褚君浩 申請人:華東師範大學