[发明专利]一种基于磁阻效应的磁场传感器

说明书

本发明涉及磁传感器技术领域，且公开了一种基于磁阻效应的磁场传感器，包括二氧化硅衬底、四个磁阻单元和四个外接端口，四个所述磁阻单元采用barber电极结构并固定粘附在二氧化硅衬底的表面，四个所述磁阻单元呈上下两层且同层相邻的两组磁阻单元相互对称，四个所述磁阻单元组合成惠斯通电桥结构，其中一对磁阻单元设置有相同的磁化方向，另一对磁阻单元设置有相反的磁化方向，四个所述磁阻单元中每相邻的两个磁阻单元之间都连接有一个外接端口，由于外界磁场变化分别引起两对磁阻单元电阻的增大和减小，通过测量其产生的差分电压信号从而反映磁场的大小。

技术领域

本发明涉及磁传感器技术领域，具体为一种基于磁阻效应的磁场传感器。

背景技术

磁传感器已经发展成现代传感器产业的一个分支，被广泛应用于工业、国防、科技、医疗等领域。其中主要用于现代工业和电子产品中以感应磁场强度来测量电流、位置、方向等物理参数。目前用来测量磁场的技术中，有许多不同类型的传感器用于测量磁场和其他参数。目前已有的磁传感器类型包括磁电式传感器、磁通门传感器、霍尔传感器、磁阻传感器、磁共振磁力仪和超导量子干涉仪。这几类磁传感器均有其各自的优缺点和适合的应用场所。

随着各类便携式设备的广泛应用，人们对小型化、高灵敏度的磁传感器需求日益增长。然而，磁电式传感器的线圈体积较大且只适合动态测量，霍尔传感器输出信号噪声大且对处理电路要求高，超导量子干涉仪需在低温制冷环境下工作、制冷设备体积大，磁共振磁力仪仅适用于测量均匀的磁场，且抗干扰能力较差，为此我们提出了一种基于磁阻效应的磁场传感器。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于磁阻效应的磁场传感器，解决了上述的问题。

(二)技术方案

为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于磁阻效应的磁场传感器，包括二氧化硅衬底、四个磁阻单元和四个外接端口，四个所述磁阻单元采用barber电极结构并固定粘附在二氧化硅衬底的表面，四个所述磁阻单元呈上下两层且同层相邻的两组磁阻单元相互对称，四个所述磁阻单元组合成惠斯通电桥结构，在给定外界磁场下，磁场被各个磁阻单元所感应，其中一对磁阻单元设置有相同的磁化方向，另一对磁阻单元设置有相反的磁化方向，由于外界磁场变化分别引起两对磁阻单元电阻的增大和减小，通过测量其产生的差分电压信号从而反映磁场的大小，四个所述磁阻单元中每相邻的两个磁阻单元之间都连接有一个外接端口。

优选的，所述磁阻单元呈拐角为直角的横向U形状，且磁阻单元由条状电极和条状二维材料制作而成的磁阻薄膜组成。

优选的，所述二维材料包括但不限于Cr1.2Te3。

优选的，所述二氧化硅衬底、磁阻单元和外接端口组成的磁场传感器的设计包括以下步骤：

S1：根据磁传感器应用场合及安装要求以及所测磁场的分布情况确定合适的二氧化硅衬底的长度，宽度，厚度以及构型；

S2：进行磁阻单元的设计，其中每个磁阻单元采用barber电极结构，由条状电极和条状二维材料制作的磁阻薄膜组成，利用四个磁阻单元组合成惠斯通电桥结构，确定两对磁阻单元内部磁化方向；

S3：在一定范围的磁场下，考虑磁阻传感器内部电流方向的选定，同时也确定外接端口的安装位置，同时研究其输出电压信号随外部磁场变化的关系以此来增加磁传感器测量的线性度及灵敏度。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种基于磁阻效应的磁场传感器，具备以下有益效果：