[实用新型]一种基于电隔离隧道磁阻敏感元件的氢气传感器

说明书

本实用新型实施例公开了一种基于电隔离隧道磁阻敏感元件的氢气传感器，包括：位于X‑Y平面的衬底，位于衬底上的隧道磁阻传感器以及位于隧道磁阻传感器上的氢敏感层，氢敏感层和隧道磁阻传感器之间相互电隔离，氢敏感层包含[钯金属层/铁磁层]n的多层薄膜结构，其中，n为大于或等于1的整数；钯金属层用于吸附空气中的氢气以引起铁磁层的各向异性磁场在X‑Z平面内X轴方向的偏转角的变化，隧道磁阻传感器用于感测氢敏感层的磁场信号并根据该磁场信号确定氢气浓度信息。本实用新型实施例的氢气传感器，保证了测量安全性。

技术领域

本实用新型涉及气体传感器技术领域，特别涉及一种基于电隔离隧道磁阻敏感元件的氢气传感器。

背景技术

氢气作为替代化石能源的一种可再生、无有害排放的新能源，近年来在全球范围内吸引了越来越多的目光，并得到了快速发展。目前，世界主要经济体，如美国、欧盟、日本等都在不遗余力地推进氢气作为未来车辆与家用的新能源与新燃料。

氢气不能被人体感官所感知，但其本身却是高度可燃和易爆的，氢气在空气中的可燃性阈值在4％左右。为了保证使用氢气作为能源的设备的安全，需要可靠的、高灵敏度的氢气传感器对氢气浓度进行检测。

传统的氢气传感器种类繁多。如基于表面等离子体共振的光学传感器，通过光谱仪监测金属纳米棒阵列表面反射光光谱的表面等离子体共振峰的峰位及强度变化，实现了对环境中氢气的实时传感。如电阻型薄膜氢气传感器，利用金属钯吸收氢气这一性质，通过检测金属钯电阻值的变化即可达到探测氢气浓度的目的。

然而，现有氢气传感器在实际工作时，敏感单元中均需要通过电流，如果空气中氢气的浓度到达爆炸极限，敏感单元中的电路有可能点燃氢气并引起爆炸。

实用新型内容

为了解决上述技术中的不足，本实用新型实施例提出了一种基于电隔离隧道磁阻敏感元件的氢气传感器，包括：

位于X-Y平面的衬底，位于所述衬底上的隧道磁阻传感器以及位于所述隧道磁阻传感器上的氢敏感层，所述氢敏感层和所述隧道磁阻传感器之间相互电隔离，所述氢敏感层包含[钯金属层/铁磁层]n的多层薄膜结构，其中，n为大于或等于1的整数；

所述钯金属层用于吸附空气中的氢气以引起所述铁磁层的各向异性磁场在X-Z平面内X轴方向的偏转角的变化，所述隧道磁阻传感器用于感测所述氢敏感层的磁场信号并根据该磁场信号确定氢气浓度信息。

本实用新型实施例中，氢敏感层和隧道磁阻传感器之间采用电隔离，氢敏感层吸收氢气并产生相应的偏转角度变化，隧道磁阻传感器获取磁场信号并以此实现对氢气浓度的检测。本实用新型实施例中，氢敏感层中不通过电流和电压，因此即使空气中氢气的浓度到达爆炸极限，氢敏感层也不会引起爆炸；氢敏感层和隧道磁阻传感器之间实现了电隔离，隧道磁阻传感器中的电流或电压不会通过氢敏感层与空气中的氢气发生反应，隧道磁阻传感器也不可能点燃氢气引起爆炸。与现有技术相比，保证了测试安全性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种氢气传感器的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的氢敏感层的各向异性磁场偏角角度示意图；

图3是本实用新型实施例提供的非氢敏感层和参考磁电阻传感单元串的位置关系示意图；

图4是本实用新型实施例提供的氢敏感层和敏感磁电阻传感单元串的位置关系示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种氢气传感器的示意图；

图6是本实用新型实施例提供的氢敏感层和敏感磁电阻传感单元串的俯视图；

图7是本实用新型实施例提供的隧道磁阻传感器的参考半桥桥式结构图；

图8是本实用新型实施例提供的隧道磁阻传感器的参考全桥桥式结构图；