如果VAC 大于零，那么，Vi(B)對應(yīng)于曲線％ (B)的較大B，并且反之亦然?？墒褂美鐖D11中所示的 低通濾波器去除AC信號，僅保留DC信號。根據(jù)其他實施例，可使用帶通濾波器去除小的施 加的AC信號，且可選擇f使得其在需檢測的磁場的已知的頻率范圍外。為了測量DC磁場， 頻率f應(yīng)大于1Hz，優(yōu)選地，大于25Hz。在一個實施例中，頻率小于約1MHz。為了測量AC磁 場，頻率f應(yīng)在約1Hz和約1MHz之間，且優(yōu)選地，在約50Hz和約500kHz之間。理想地，頻率 f應(yīng)在測量的AC磁場頻率范圍外，且優(yōu)選地，測量的頻率范圍的值的至少約兩倍。例如，如 果用戶想要測量〇和1kHz之間的磁場，那么，頻率f應(yīng)大于1kHz，且優(yōu)選地，至少約2kHz。
[0092] 圖12中示出處理器中的至少一個使用的算法的流程圖，該算法用于使用圖10中 的電壓數(shù)據(jù)的導(dǎo)數(shù)確定外部磁場。至少一個處理器被配置成通過確定是大于零還是小 于零，來確定外部磁場是在較低磁場范圍內(nèi)還是在較高磁場范圍gu內(nèi)。
[0093] 磁強計的一些實施例可使用霍爾效應(yīng)傳感器、磁阻材料的非歐姆特性以及單獨的 AC磁場中的兩個或多個的結(jié)合，來確定施加到磁強計的外部磁場。
[0094]目的不是將本發(fā)明的范圍限制到上述僅有的示例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，不 脫離本發(fā)明的范圍的許多變化是可能的。
【主權(quán)項】
1. 一種用于確定外部磁場的磁強計，所述磁強計包括： 磁阻材料，所述磁阻材料在所述外部磁場施加到所述磁阻材料時具有電阻響應(yīng)，所述 電阻響應(yīng)包括：在施加第一范圍的遞增外部磁場時的減小響應(yīng)，以及在施加第二范圍的遞 增外部磁場時的增加響應(yīng)；以及 電極裝置，所述電極裝置聯(lián)接到所述磁阻材料，用于測量所述磁阻材料對施加到所述 磁阻材料的所述外部磁場的電阻響應(yīng)；以及 一個或多個處理器，其中所述一個或多個處理器中的至少一個處理器被配置成確定施 加到所述磁阻材料的所述外部磁場是在所述第一范圍中還是在所述第二范圍中，并且其中 所述一個或多個處理器中的至少一個被配置成至少部分基于所述磁阻材料對所述外部磁 場的電阻響應(yīng)確定所述外部磁場，并且確定所述外部磁場是在所述第一范圍中還是在所述 第二范圍中。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁強計，其中所述磁阻材料展現(xiàn)超順磁性，其中在大的施加 磁場降低到零時存在可忽略的剩磁。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁強計，其中所述磁阻材料包括納米顆粒，并且所述材料 呈現(xiàn)負磁阻的電子自旋極化，所述電子自旋極化源于操作溫度范圍上的納米顆粒之間的自 旋隧穿。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁強計，其中所述磁阻材料包括從以下組成的組中選擇的納 米顆粒：鐵，鎮(zhèn)，鉆，鐵、鎮(zhèn)和鉆的合金和氧化物，以及室溫下顯不鐵磁性的鐵、鎮(zhèn)和鉆的混合 物。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁強計，其中所述磁阻材料包括鐵磁鐵氧體的納米顆粒。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁強計，其中所述鐵磁鐵氧體從由ZnFe 204、BaFe12O9以及 Ni。. 5ZnQ. 5Fe204組成的組中選擇。7. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的磁強計，其中所述納米顆粒是鐵（II，III)氧化物 (Fe3O4) 〇8. 根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項所述的磁強計，其中所述磁阻材料是包含嵌入到半導(dǎo) 體基質(zhì)中的納米顆粒和非金屬納米顆粒的組合物。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁強計，其中所述非金屬納米顆粒是銀（Ag)。10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的磁強計，其中所述半導(dǎo)體基質(zhì)是氧化鋁（Al 203)。11. 根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項所述的磁強計，其中所述納米顆粒合成到膜的基底的 表面上或嵌入到膜的基底的表面中。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁強計，其中所述膜包括二氧化硅（SiO2)基底以及鐵（Fe) 納米顆粒。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的磁強計，其中所述磁阻材料包含通過離子注入和電子束退 火制作的位于二氧化硅上的表面鐵納米簇。14. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁強計，包括薄膜、厚膜、體納米組合物和/或壓粉的疊 層，所述疊層包括所述磁阻材料。15. 根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的磁強計，其中所述電極裝置包括兩個電極。16. 根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的磁強計，其中所述電極裝置包括四個電極。17. 根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項所述的磁強計，包括霍爾效應(yīng)傳感器，所述霍爾效應(yīng) 傳感器與所述一個或多個處理器中的至少一個處理器電通信。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的磁強計，其中所述霍爾效應(yīng)傳感器與所述磁阻材料物理分 離。19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的磁強計，其中所述霍爾效應(yīng)傳感器與所述磁阻材料集成。20. 根據(jù)權(quán)利要求17至19中任一項所述的磁強計，其中所述霍爾效應(yīng)傳感器被配置成 響應(yīng)于施加到所述磁阻材料的所述外部磁場而生成電壓。22. 根據(jù)權(quán)利要求18至21中任一項所述的磁強計，其中所述至少一個處理器被配置成 在所述霍爾效應(yīng)傳感器生成的電壓小于閾值時，確定所述外部磁場在所述第一范圍中，并 且在所述霍爾效應(yīng)傳感器生成的電壓超過閾值時，確定所述外部磁場在所述第二范圍中。23. 根據(jù)權(quán)利要求18至21中任一項所述的磁強計，其中所述至少一個處理器被配置成 在所述霍爾效應(yīng)傳感器生成的電壓小于閾值時，確定所述外部磁場在所述第二范圍中，并 且在所述霍爾效應(yīng)傳感器生成的電壓超過閾值時，確定所述外部磁場在所述第一范圍中。24. 根據(jù)權(quán)利要求1至22中任一項所述的磁強計，其中所述磁阻材料具有非歐姆特性， 并且所述一個或多個處理器中的所述至少一個處理器被配置成確定來自所述磁阻材料的 非歐姆信號，其中所述至少一個處理器被配置成使用所述非歐姆信號確定施加到所述磁阻 材料的所述外部磁場在所述第一范圍中還是在所述第二范圍中。25. 根據(jù)權(quán)利要求1至24中任一項所述的磁強計，其中所述至少一個處理器被配置成 至少部分基于兩個不同電流下所述磁阻材料上的電壓差，確定所述外部磁場。26. 根據(jù)權(quán)利要求1至25中任一項所述的磁強計，其中所述至少一個處理器被配置成 至少部分基于施加到所述磁阻材料的導(dǎo)致AC電壓的AC電流成分，確定所述外部磁場。27. 根據(jù)權(quán)利要求1至26中任一項所述的磁強計，其中使用所述電極裝置針對第一電 流I1測量第一電壓V i，以及使用所述電極裝置針對第二電流I2測量第二電壓V 2。28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的磁強計，其中所述至少一個處理器被配置成使用下面的等 式計算施加所述第一電流和所述第二電流時的磁阻之差A(yù)MR : AMR = V1 (B)/V1 (O)-V2 (B)/V2(O) 其中，％和V 2分別是針對電流I i和電流12所測量的電壓，V i (B)和V2⑶是所述外部 磁場B施加到所述磁阻材料時所測量的電壓，并且V1(O)和V2(O)是沒有外部磁場施加到所 述磁阻材料時所測量的電壓。29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的磁強計，其中，在所述磁阻之差A(yù)MR大于閾值A(chǔ)MRswitdl時， 所述至少一個處理器被配置成確定所述外部磁場在磁場的所述第二范圍中，并且在所述磁 阻之差A(yù)MR小于或等于閾值A(chǔ)MR switah時，所述至少一個處理器被配置成確定所述外部磁 場在磁場的所述第一范圍中。30. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的磁強計，其中，在所述磁阻之差A(yù)MR大于閾值A(chǔ)MRswitdl時， 所述至少一個處理器被配置成確定所述外部磁場在磁場的所述第一范圍中，并且在所述磁 阻之差A(yù)MR小于或等于閾值A(chǔ)MR switah時，所述至少一個處理器被配置成確定所述外部磁 場在磁場的所述第二范圍中。31. 根據(jù)權(quán)利要求1至30中任一項所述的磁強計，其中控制磁源適于以第一頻率對所 述磁阻材料施加AC磁場，所述AC磁場與所述外部磁場交互以在所述磁阻材料上產(chǎn)生具有 AC成分的最終電壓，其中所述至少一個處理器被配置成基于所述AC成分，確定施加到所述 磁阻材料的所述外部磁場在所述第一范圍中還是在所述第二范圍中。32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的磁強計，其中所述第一頻率被選擇為使得所述第一頻率與 需確定的所述外部磁場的頻率范圍不同。33. 根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的磁強計，包括頻率過濾器，所述頻率過濾器被配置成 從所述AC成分過濾掉具有所述第一頻率的電壓成分。34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的磁強計，其中所述頻率過濾器是低通濾波器或帶通濾波 器。36. 根據(jù)權(quán)利要求31至35中任一項所述的磁強計，其中所述至少一個處理器被配置 成在所述AC成分大于閾值時，確定所述外部磁場在磁場的所述第一范圍中，并且在所述AC 成分小于閾值時，確定所述外部磁場在磁場的所述第二范圍中。37. 根據(jù)權(quán)利要求31至35中任一項所述的磁強計，其中所述至少一個處理器被配置 成在所述AC成分大于閾值時，確定所述外部磁場在磁場的所述第二范圍中，并且在所述AC 成分小于閾值時，確定所述外部磁場在磁場的所述第一范圍中。38. 根據(jù)權(quán)利要求31至37中任一項所述的磁強計，其中所述第一頻率是測量的所述外 部磁場的頻率范圍的值的至少約兩倍。
【專利摘要】一種磁強計100，用于確定外部磁場，包括形成的磁阻材料、電極裝置104以及處理器。所述磁阻材料的電阻響應(yīng)包括：施加第一范圍的遞增外部磁場時的減小響應(yīng)，以及施加第二范圍的遞增外部磁場時的增加響應(yīng)。所述電極裝置104測量所述磁阻材料對施加的所述外部磁場的所述電阻響應(yīng)。所述處理器被配置成確定施加到所述磁阻材料的所述外部磁場是在所述第一范圍中還是在所述第二范圍中。所述處理器被配置成至少部分基于所述磁阻材料對所述外部磁場的電阻響應(yīng)確定所述外部磁場，并且確定所述外部磁場是在所述第一范圍中還是在所述第二范圍中。
【IPC分類】G01R33/07, G01R33/09, G01R33/02
【公開號】CN104995525
【申請?zhí)枴緾N201380072997
【發(fā)明人】約翰·V·肯尼迪, J·萊韋納爾, G·V·M·威廉姆斯
【申請人】地質(zhì)研究院及核科學(xué)有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2013年12月17日
【公告號】EP2932284A1, US20150323615, WO2014097128A1