[发明专利]一种基于隧道磁阻效应的高灵敏微位移检测装置

说明书

本发明属于位移检测技术领域，具体涉及一种基于隧道磁阻效应的高灵敏微位移检测装置，包括下层基板部分、上层基板部分，所述上层基板部分设置在下层基板部分的上方，所述下层基板部分与上层基板部分相互平行，所述所述下层基板部分与上层基板部分之间无接触；所述下层基板部分包括下层基座、回折蛇形线圈，所述回折蛇形线圈固定在下层基座上。本发明提出的微位移检测装置，采用了隧道磁阻效应检测位移变化，同时通过合理的空间布局产生两路幅值、频率相同，相位相差90°的信号，并引入了细分电路对信号进行处理。具有检测灵敏度高、抗干扰能力强等优点。本发明用于微位移的测量。

技术领域

本发明属于位移检测技术领域，具体涉及一种基于隧道磁阻效应的高灵敏微位移检测装置。

背景技术

高精度微位移测量技术已成为现代工业测量技术的重要发展方向和测量领域内的研究热点。目前，常用的微位移检测方式包括压阻式、电容式、压电式、纳米光栅式和隧道效应式等。压阻式是基于高掺杂硅的压阻效应原理实现的，高掺杂硅形成的压敏器件对温度有较强的依赖性，其由压敏器件组成的电桥检测电路会因温度变化引起灵敏度漂移。电容式精度的提高依赖于电容面积的增大，但由于器件的微小型化，其精度因有效电容面积的缩小而难以提高。压电效应传感器灵敏度易漂移，需经常校正，归零慢，不宜连续测试。纳米光栅式检测精度较高，但对环境要求严格，工艺加工难度大，且所需要的光源体积较大难以集成。

磁隧道结(MTJs)的一般结构为铁磁层/非磁绝缘层/铁磁层(FM/I/FM)的三明治结构。饱和磁化时，两铁磁层的磁化方向互相平行，而通常两铁磁层的矫顽力不同，因此反向磁化时，矫顽力小的铁磁层磁化矢量首先翻转，使得两铁磁层的磁化方向变成反平行。电子从一个磁性层隧穿到另一个磁性层的隧穿几率与两磁性层的磁化方向有关。若两层磁化方向互相平行，则在一个磁性层中，多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，少数自旋子带的电子也将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态，总的隧穿电流较大；若两磁性层的磁化方向反平行，情况则刚好相反，即在一个磁性层中，多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态，而少数自旋子带的电子也将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态,这种状态的隧穿电流比较小。这一物理效应正是基于电子在绝缘层的隧穿效应，称为隧道磁阻效应。基于隧道磁阻效应的微位移检测装置具有检测精度高、便于微型集成等优势。

对微位移的测量通常是依靠检测电信号的变化，对于输出电信号处理和分析能影响到检测装置的整体工作精度，对于外部的噪声干扰，很大程度上需要经过电路的处理进行滤除，目前的隧道磁阻位移检测以单路信号处理为主，其对噪声的抑制能力有限。

发明内容

针对上述传统的微位移测量对噪声的抑制能力有限技术问题，本发明提供了一种结构简单、灵敏度高、制作成本低、便于调试的基于隧道磁阻效应的高灵敏微位移检测装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于隧道磁阻效应的高灵敏微位移检测装置，包括下层基板部分、上层基板部分，所述上层基板部分设置在下层基板部分的上方，所述下层基板部分与上层基板部分相互平行，所述下层基板部分与上层基板部分之间无接触；

所述下层基板部分包括下层基座、回折蛇形线圈，所述回折蛇形线圈固定在下层基座上；

所述上层基板部分包括上层基座、第一隧道磁阻结桥接结构、第二隧道磁阻结桥接结构、细分处理模块、信号传输线，所述第一隧道磁阻结桥接结构、第二隧道磁阻结桥接结构均固定在上层基座上，所述第一隧道磁阻结桥接结构、第二隧道磁阻结桥接结构均通过信号传输线与细分处理模块连接。

所述回折蛇形线圈采用回折型结构，所述回折蛇形线圈包括线圈部分、空隙部分，所述线圈部分与空隙部分交错排列在下层基座上。

所述第一隧道磁阻结桥接结构设置在线圈部分的正上方，所述第二隧道磁阻结桥接结构设置在空隙部分的正上方。