[发明专利]集成磁弹性传感器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微机电技术领域的装置，具体是一种集成磁弹性传感器。

背景技术

软磁金属玻璃带材在受到交流磁场脉冲激发时，由于磁弹性偶合作用，将在带材中产生受迫机械振动，同时在带材周围空间发射变化磁通，并可以通过信号采集线圈对振动情况进行监测，当交流脉冲磁场激发停止时，带材振动幅度将逐渐衰减，其振动频率将由带材本身几何、物理参数以及所处环境条件决定。为了增加传感器磁弹性偶合性能以增强振动幅度，通常需要叠加一个直流偏置磁场来抵消带材的磁各向异性。带材磁弹性传感器共振频率是传感器材料性能和物理尺寸的函数，可表示如下：

f=12LEρ]]>

其中ρ是材料密度，E为材料弹性模量，L是传感器径向长度。

磁弹性传感器的共振频率还取决于所处的物理环境参数如环境温度、质量载荷、压力、应力、流速、黏度以及磁直流场，同时可以带材表面涂敷一层化学或生物反应性材料层，通过其与测量目标反应时质量或弹性的改变可以对目标试剂进行测量，如湿度、氨、Ph、葡萄糖、二氧化碳以及生物试剂如血液等进行监测。

与其压电传感器如石英晶体微天平QCM以及表面声波传感器SAW相比，磁弹性传感器带材磁场激发和信号采集都是通过磁场信号进行的，不需要与电极相连接，具有无线的特点，因此适合于原位和实时监测，而且传感器带材价格便宜，加工方便可以通过剪切或激光加工，具有一次性使用的优点。

经文献检索发现C.A.Grimes等C.A.Grimes，C.S.Mungle，K.Zeng，M.K.Jain，W.R.Dreschel，M.Paulose and K.G.Ong在《Sensors》(传感器，2003年3期：11-18)上发表了“AWireless，Passive，Magnetically-soft Harmonic Sensor for Monitoring Sodium HypochloriteConcentrations in Water”(一种用于水中次氯酸钠含量监控的无线无源软磁谐波传感器)一文，该文提到的磁弹性传感器采用两个线圈，其中一个为8字方采集线圈，另一个用于激励线圈，8字形线圈可以实现激励信号在接受线圈背低的消除，可以实现带材振动的实时检测，但是其线圈通过手工饶制而成，尺寸教大，激发功率较大，而带材简单放置于线圈内部，位置难以精确定位。

M.K.Jain等M.K.Jain，Q.Cai and C.A Grimes等人在《Smart Mater.Struct.》(智能材料与结构，2001年10期：347-353)上发表“A wireless micro-sensor for simultaneous measurementof pH，temperature，and pressure”(一种可以同时测量pH值，温度和气压的无线微型化传感器)一文，以及C.Ruan等人C.Ruan，K.Zeng，O.K.Varghese and C.A.Grimes在《Biosensors andBioelectronics》(生物传感器和生物电子，2004年20期：585-591)上发表“A staphylococcalenterotoxin B magnetoelastic immunosensor”(一种B型金黄色葡萄球菌肠毒素的磁弹性免疫传感器)一文，采用单线圈来实现信号的激励和检测，但是其线圈也为手工绕制而成，存在尺寸较大，功率较大的问题，而且由于线圈只有一个，不能实现带材振动的实时监测，而且还需要在进行激励信号和接受信号的转换，这对检测信号电路的设计有高的要求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种集成磁弹性传感器，采用MEMS微机电系统加工技术实现采集线圈、接受线圈和带材传感器的集成制造，具有加工精度高，器件尺寸小，而且由于采用8字形采集线圈，可以消除激励信号在接受线圈中的背底信号，实现振动信号的实时监测，并可以实现便携式的特点，以及批量生产，可重复性强，在生产过程中具有广泛的应用前景。