[实用新型]一种自旋阀磁阻零位控制结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种自旋阀磁阻零位控制结构，属于弱磁矢量测量领域。 

背景技术

自旋阀（或隧道）磁阻器件的测磁范围较霍尔磁性元件的测量范围小许多，适用于更弱的磁场的测量，灵敏度也较高。从文献报道和实际情况看，自旋阀磁阻器件与磁通门传感器比较，性能指标在一个数量级上。相比较而言，磁通门传感器技术要求高，频率响应低，质量和体积比较大。而自旋阀磁阻器件体积小质量轻，具有较高的频率响应。但磁阻传感器由于自身的微磁电膜层的结构特点，存在输出电压零位随机漂移范围较大，不能使该种器件在军民品中的广泛应用。因此，若能解决自旋阀磁阻器件的电压零位随机漂移的不利影响，将在军事、工业、民用等领域有更广泛的使用空间。此外，不论是巨磁阻、自旋阀磁阻还是隧道式磁阻器件都存在纳米层级原子结构的不理想，产生了磁滞区域较大，以及微分磁导率的离散性较大（尤其是在低频磁场下工作时）。为了解决上述问题，国外有一些方法，如美国霍尼维尔公司采用了金属带包裹在磁阻元件上，然后在金属带内通过脉冲电流产生磁场，使磁阻元件充磁到饱和瞬态后可检测被测磁场的阻值，通过后续电路对磁场信号提取和处理，即可得到被测磁场值。这种器件在较低频率的磁场下使用能满足要求，但磁场频率较高时就不能用了，而且磁场灵敏度也不是很高。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种自旋阀磁阻零位控制结构，在自旋阀磁阻元件的特定方向上放置偏置永磁体，同时施加交变作用的高频弱磁场，使原子磁矩在永磁势能和交变磁势能作用下，部分克服金属化合物的磁粘滞、钉扎等影响，使微分磁导率的离散性减小，从而减小了自旋阀磁阻元件的电压零位随机漂移量，有利于提高元件的稳定性和灵敏度。所述控制结构也适用于隧道磁阻元件。 

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下： 

一种自旋阀磁阻零位控制结构，所述控制结构包括印制电路板、偏置永磁体、交变磁场线圈、线圈架、自旋阀磁阻元件或隧道式磁阻元件； 

其中，所述偏置永磁体为长方体； 

所述交变磁场线圈包括第一线圈组和第二线圈组，每组包括相互平行的两个线圈，第二线圈组位于第一线圈组之内； 

所述自旋阀磁阻零位控制结构的安装方式如下： 

在印制电路板上安装永磁体和自旋阀磁阻元件，永磁体长度方向的轴线与自旋阀磁阻元件的磁易敏感方向垂直；将交变磁场线圈通过线圈架安装在印制电路板上；在交变磁场线圈的中心位置布置1个或2个自旋阀磁阻元件，第一线圈组和第二线圈组的轴线与自旋阀磁阻元件的磁易敏感方向平行或垂直。 

所述偏置永磁体由磁温度系数较低的铝镍钴材料制成；优选所述偏置永磁体长为5.0mm，截面为1.2×0.8mm； 

永磁体的作用为，提高了自旋阀磁阻元件的零位复位的能量，使产生磁粘滞、钉扎作用的原子磁矩容易向能量低点转动；并且产生一个较高的恒磁场，提高和偏置自旋阀磁阻敏感件的测量零位点，避开在外磁场为零时，磁阻器件灵敏度较低的问题。 

所述交变磁场线圈包括第一线圈组和第二线圈组，每组包括相互平行的两个线圈，第二线圈组位于第一线圈组之内，两线圈组之间垂直设置；所述线圈结构类似于亥姆霍斯线圈。在两组线圈的中心位置布置1个或2个自旋阀磁阻元件，两组线圈的轴线与自旋阀磁阻元件的测量方向（磁易敏感方向）平行或垂直。两组线圈的磁感应强度的振幅、频率相同，相位差为90°。考虑到自旋阀磁阻敏感件的响应能力和后续电路的处理技术等因素，初选产生近似于圆的扫描磁场，扫描磁场的磁感应强度幅值为80nT，频率为500kHz。该磁场的作用是将微观的原子核、电子的磁矩向能量最低外磁场方向转动；在宏观上表现为各磁场测量点的离散性更小，从而提高磁测量灵敏度和稳定性。 

线圈架由塑料注塑成型，用于确定线圈的形状和位置。 

所述自旋阀磁阻零位控制结构中，偏置永磁体、交变磁场线圈、自旋阀磁阻元件都安装在印制电路板上，与信号处理电路、处理软件等可组成不同的功能模块。如水雷、鱼雷、炮弹、火箭弹等测姿模块、测姿近炸模块、目标识别 模块等，也可成为工业测量、控制的重要元件。 

有益效果 

本实用新型通过将偏置永磁体和高频弱磁场作用在自旋阀磁阻传感器的屏蔽层，使原子层面的金属化合物部分不易改变方向原子磁矩，获得振动能量后围绕外磁场进动，减小了磁粘滞、钉扎等现象，使微分磁导率的离散性较小，从而减小了自旋阀磁阻元件（或隧道磁阻元件）的电压零位随机漂移量，经过信号处理，可测量恒弱至较高频率的弱磁场。 

附图说明

图1是本实用新型的线圈扫描磁场电路原理图。