專利名稱：一種自旋閥磁阻零位控制結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自旋閥磁阻零位控制結(jié)構(gòu)，屬于弱磁矢量測(cè)量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自旋閥(或隧道)磁阻器件的測(cè)磁范圍較霍爾磁性元件的測(cè)量范圍小許多，適用于更弱的磁場(chǎng)的測(cè)量，靈敏度也較高。從文獻(xiàn)報(bào)道和實(shí)際情況看，自旋閥磁阻器件與磁通門傳感器比較，性能指標(biāo)在一個(gè)數(shù)量級(jí)上。相比較而言，磁通門傳感器技術(shù)要求高，頻率響應(yīng)低，質(zhì)量和體積比較大。而自旋閥磁阻器件體積小質(zhì)量輕，具有較高的頻率響應(yīng)。但磁阻傳感器由于自身的微磁電膜層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，存在輸出電壓零位隨機(jī)漂移范圍較大，不能使該種器件在軍民品中的廣泛應(yīng)用。因此，若能解決自旋閥磁阻器件的電壓零位隨機(jī)漂移的不利影響，將在軍事、工業(yè)、民用等領(lǐng)域有更廣泛的使用空間。此外，不論是巨磁阻、自旋閥磁阻還是隧道式磁阻器件都存在納米層級(jí)原子結(jié)構(gòu)的不理想，產(chǎn)生了磁滯區(qū)域較大，以及微分磁導(dǎo)率的離散性較大(尤其是在低頻磁場(chǎng)下工作時(shí))。為了解決上述問題，國(guó)外有一些方法，如美國(guó)霍尼維爾公司采用了金屬帶包裹在磁阻元件上，然后在金屬帶內(nèi)通過脈沖電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，使磁阻元件充磁到飽和瞬態(tài)后可檢測(cè)被測(cè)磁場(chǎng)的阻值，通過后續(xù)電路對(duì)磁場(chǎng)信號(hào)提取和處理，即可得到被測(cè)磁場(chǎng)值。這種器件在較低頻率的磁場(chǎng)下使用能滿足要求，但磁場(chǎng)頻率較高時(shí)就不能用了，而且磁場(chǎng)靈敏度也不是很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種自旋閥磁阻零位控制結(jié)構(gòu)，在自旋閥磁阻元件的特定方向上放置偏置永磁體，同時(shí)施加交變作用的高頻弱磁場(chǎng)，使原子磁矩在永磁勢(shì)能和交變磁勢(shì)能作用下，部分克服金屬化合物的磁粘滯、釘扎等影響，使微分磁導(dǎo)率的離散性減小，從而減小了自旋閥磁阻元件的電壓零位隨機(jī)漂移量，有利于提高元件的穩(wěn)定性和靈敏度。所述控制結(jié)構(gòu)也適用于隧道磁阻元件。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種自旋閥磁阻零位控制結(jié)構(gòu)，所述控制結(jié)構(gòu)包括印制電路板、偏置永磁體、交變磁場(chǎng)線圈、線圈架、自旋閥磁阻元件或隧道式磁阻元件；所述偏置永磁體為長(zhǎng)方體，由磁溫度系數(shù)較低的鋁鎳鈷材料制成；優(yōu)選所述偏置永磁體長(zhǎng)為5. Omm,截面為I. 2X0. 8mm ；永磁體的作用為，提高了自旋閥磁阻元件的零位復(fù)位的能量，使產(chǎn)生磁粘滯、釘扎作用的原子磁矩容易向能量低點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；并且產(chǎn)生一個(gè)較高的恒磁場(chǎng)，提高和偏置自旋閥磁阻敏感件的測(cè)量零位點(diǎn)，避開在外磁場(chǎng)為零時(shí)，磁阻器件靈敏度較低的問題。所述交變磁場(chǎng)線圈包括第一線圈組和第二線圈組，每組包括相互平行的兩個(gè)線圈，第二線圈組位于第一線圈組之內(nèi)，兩線圈組之間垂直設(shè)置；所述線圈結(jié)構(gòu)類似于亥姆霍斯線圈。在兩組線圈的中心位置布置I個(gè)或2個(gè)自旋閥磁阻元件，兩組線圈的軸線與自旋閥磁阻元件的測(cè)量方向(磁易敏感方向)平行或垂直。兩組線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度的振幅、頻率相同，相位差為90°。考慮到自旋閥磁阻敏感件的響應(yīng)能力和后續(xù)電路的處理技術(shù)等因素，初選產(chǎn)生近似于圓的掃描磁場(chǎng)，掃描磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值為80nT,頻率為500kHz。該磁場(chǎng)的作用是將微觀的原子核、電子的磁矩向能量最低外磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；在宏觀上表現(xiàn)為各磁場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)的離散性更小，從而提高磁測(cè)量靈敏度和穩(wěn)定性。線圈架由塑料注塑成型，用于確定線圈的形狀和位置。 所述自旋閥磁阻零位控制結(jié)構(gòu)的安裝方式如下在印制電路板上安裝永磁體和自旋閥磁阻元件，永磁體長(zhǎng)度方向的軸線與自旋閥磁阻元件的磁易敏感方向垂直；將交變磁場(chǎng)線圈通過線圈架安裝在印制電路板上；在交變磁場(chǎng)線圈的中心位置布置I個(gè)或2個(gè)自旋閥磁阻元件，第一線圈組和第二線圈組的軸線與自旋閥磁阻元件的磁易敏感方向平行或垂直。所述自旋閥磁阻零位控制結(jié)構(gòu)中，偏置永磁體、交變磁場(chǎng)線圈、自旋閥磁阻元件都安裝在印制電路板上，與信號(hào)處理電路、處理軟件等可組成不同的功能模塊。如水雷、魚雷、炮彈、火箭彈等測(cè)姿模塊、測(cè)姿近炸模塊、目標(biāo)識(shí)別模塊等，也可成為工業(yè)測(cè)量、控制的重要元件。有益效果本發(fā)明通過將偏置永磁體和高頻弱磁場(chǎng)作用在自旋閥磁阻傳感器的屏蔽層，使原子層面的金屬化合物部分不易改變方向原子磁矩，獲得振動(dòng)能量后圍繞外磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng)，減小了磁粘滯、釘扎等現(xiàn)象，使微分磁導(dǎo)率的離散性較小，從而減小了自旋閥磁阻元件(或隧道磁阻元件)的電壓零位隨機(jī)漂移量，經(jīng)過信號(hào)處理，可測(cè)量恒弱至較高頻率的弱磁場(chǎng)。


圖I是本發(fā)明的線圈掃描磁場(chǎng)電路原理圖。圖2是本發(fā)明的自旋閥磁阻零位控制結(jié)構(gòu)原理圖，為自旋閥磁阻元件的S0P8、ST0-23封裝形式，其中左圖為主視圖，右圖為右視圖。圖3是本發(fā)明的自旋閥磁阻零位控制結(jié)構(gòu)原理圖，為T0-94封裝形式，其中左圖為主視圖，右圖為右視圖。圖4是本發(fā)明的印制電路板圖，為自旋閥磁阻的S0P8封裝形式。圖5是本發(fā)明的印制電路板圖，為自旋閥磁阻的T0-94封裝形式。其中，I-印制電路板、2-交變磁場(chǎng)線圈、3-偏置永磁體、4-自旋閥磁阻元件、5-線圈架；
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖I是本發(fā)明的線圈掃描磁場(chǎng)電路原理圖，Rl R3、Cl、C2表示線圈組和電路的電阻和電容值。通過頻率發(fā)生器產(chǎn)生500KHz的信號(hào)，在第一線圈組中產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值為80nT的磁場(chǎng)，第二線圈組通過電容Cl、C2，產(chǎn)生相位偏移90°，磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值為80ηΤ的同頻率磁場(chǎng)。圖2和圖3是本發(fā)明的自旋閥磁阻零位控制器件結(jié)構(gòu)原理圖，其中圖2為自旋閥磁阻的S0P8、ST0-23封裝形式，圖3為Τ0-94封裝形式。所述自旋閥磁阻零位控制器件由印制電路板I、交變磁場(chǎng)線圈2、偏置永磁體3、自旋閥磁阻元件4、線圈架5組裝而成。印制電路板I 一般為環(huán)氧板印制板，厚度為I. 6mm或2. 0_。為了安裝偏置永磁體3、交變磁場(chǎng)線圈2、線圈架5等，在S0P8、ST0-23封裝型自旋閥磁阻元件四周布置相應(yīng)的安裝結(jié)構(gòu)。如安裝偏置永磁體的槽；利用在印制電路板I上刻制的箔線組成線圈2的一部分，和線圈2的插孔等。圖4、5是本發(fā)明的印制電路板圖，其中圖4為自旋閥磁阻的S0P8封裝形式，圖5為T0-94封裝形式。所述交變磁場(chǎng)線圈2包括第一線圈組和第二線圈組，每組包括兩個(gè)線圈環(huán)；所述線圈環(huán)是由直徑φ 0.6mm純銅裸線制成的半個(gè)環(huán)，表面進(jìn)行鍍銀處理。該線圈環(huán)通過焊接固定在印制電路板上。圖4中間為印制線路板的剖面圖，左側(cè)為印制電路板I上表面的兩個(gè)并列排列的自旋閥磁阻元件4，右側(cè)為印制電路板I下表面的線圈底部圖。圖5為T0-94封裝形式印制電路板I下表面的線圈底部圖，在第一線圈組的中心對(duì)稱線上開有四個(gè)孔，將自旋閥磁阻元件4的四角插在孔中。對(duì)于自旋閥磁阻元件的S0P8、ST0-23封裝形式，所述自旋閥磁阻零位控制結(jié)構(gòu)的安裝方式如下在印制電路板I的下底面中心位置開槽，所述永磁體3充磁后安裝在槽中；自旋閥磁阻元件4安裝在印制電路板I的上表面；所述永磁體3位于自旋閥磁阻元件4的中部，永磁體3長(zhǎng)度方向的軸線與自旋閥磁阻元件4的磁易敏感方向垂直。將交變磁場(chǎng)線圈2通過線圈架5安裝在印制電路板I上表面；在交變磁場(chǎng)線圈2的中心位置布置I個(gè)或2個(gè)自旋閥磁阻元件4，兩組線圈的軸線與自旋閥磁阻元件4的磁易敏感方向平行或垂直。對(duì)于自旋閥磁阻元件的T0-94封裝形式，所述自旋閥磁阻零位控制結(jié)構(gòu)的安裝方式如下交變磁場(chǎng)線圈2通過線圈架5安裝在印制電路板I上表面，在交變磁場(chǎng)線圈2的中心位置布置I個(gè)或2個(gè)自旋閥磁阻元件4，第一線圈組和第二線圈組的軸線與自旋閥磁阻元件4的磁易敏感方向平行或垂直。所述永磁體3充磁后安裝在線圈架5的矩形槽中；所述永磁體3位于自旋閥磁阻敏感件4的中部，永磁體3長(zhǎng)度方向的軸線與自旋閥磁阻元件4的磁易敏感方向垂直。所述自旋閥磁阻零位控制結(jié)構(gòu)的使用方法，是通過相位差為90°，頻率為500kHz的二路正弦波，分別驅(qū)動(dòng)第一線圈組和第二線圈組，使之在自旋閥磁阻元件的中心部位產(chǎn)生一個(gè)SOnT左右的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)的作用是將微觀的原子核、電子的磁矩向能量最低外磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；在宏觀上表現(xiàn)為各磁場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)的離散性更小，從而提高磁測(cè)量靈敏度和穩(wěn)定性。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種自旋閥磁阻零位控制結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)包括印制電路板(I)、偏置永磁體(3)、交變磁場(chǎng)線圈(2)、線圈架(5)、自旋閥磁阻元件(4)；其中，所述偏置永磁體(3)為長(zhǎng)方體；所述交變磁場(chǎng)線圈(2)包括第一線圈組和第二線圈組，每組包括相互平行的兩個(gè)線圈，第二線圈組位于第一線圈組之內(nèi)；所述自旋閥磁阻零位控制結(jié)構(gòu)的安裝方式如下在印制電路板(I)上安裝永磁體(3 )和自旋閥磁阻元件(4 )，永磁體(3 )長(zhǎng)度方向的軸線與自旋閥磁阻元件(4)的磁易敏感方向垂直；將交變磁場(chǎng)線圈(2)通過線圈架(5)安裝在印制電路板(I)上；在交變磁場(chǎng)線圈(2)的中心位置布置I個(gè)或2個(gè)自旋閥磁阻元件(4)，第一線圈組和第二線圈組的軸線與自旋閥磁阻元件(4)的磁易敏感方向平行或垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種自旋閥磁阻零位控制結(jié)構(gòu)，其特征在于第一線圈組和第二線圈組的磁感應(yīng)強(qiáng)度的振幅、頻率相同，相位差為90°。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種自旋閥磁阻零位控制結(jié)構(gòu)，其特征在于偏置永磁體(3)長(zhǎng)為 5. Omm,截面為 I. 2X0. 8mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的一種自旋閥磁阻零位控制結(jié)構(gòu)，其特征在于偏置永磁體(3)由鋁鎳鈷材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求Γ4任一項(xiàng)所述的一種自旋閥磁阻零位控制結(jié)構(gòu)，其特征在于所述控制結(jié)構(gòu)采用自旋閥磁阻元件(4)的S0P8、ST0-23或T0-94封裝形式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自旋閥磁阻零位控制結(jié)構(gòu)，屬于弱磁矢量測(cè)量領(lǐng)域。所述控制結(jié)構(gòu)的安裝方式為在印制電路板上安裝永磁體和自旋閥磁阻元件，永磁體長(zhǎng)度方向的軸線與自旋閥磁阻元件的磁易敏感方向垂直；將交變磁場(chǎng)線圈通過線圈架安裝在印制電路板上；在交變磁場(chǎng)線圈的中心位置布置1個(gè)或2個(gè)自旋閥磁阻元件，第一線圈組和第二線圈組的軸線與自旋閥磁阻元件的磁易敏感方向平行或垂直。所述結(jié)構(gòu)通過將偏置永磁體和高頻弱磁場(chǎng)作用在自旋閥磁阻傳感器的屏蔽層，使微分磁導(dǎo)率的離散性較小，從而減小了自旋閥磁阻元件的電壓零位隨機(jī)漂移量。
文檔編號(hào)G01R33/09GK102944856SQ201210508490
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者佘以軍, 車振, 黃春奎, 李偉 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所