CN106054091B - 利用地磁场标定非晶材料gmi性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用地磁场标定非晶材料GMI性能的方法，步骤包括：1)使用交流电压源驱动被标定的非晶材料，并为被标定的非晶材料串接分压电阻；2)在非屏蔽条件下沿水平面转动被标定的非晶材料，记录被标定的非晶材料输出电压的峰峰值最大值、峰峰值最小值；3)将所述峰峰值最大值作为被标定的非晶材料平行于地磁场时输出的电压Vs，将所述峰峰值最小值作为被标定的非晶材料垂直于地磁场时输出的电压Vp，根据式(1)计算被标定的非晶材料的灵敏度。本发明具有不依赖于磁屏蔽环境，在非屏蔽条件下利用地磁场即可实现标定，标定准确度高、方法简单可靠的优点。

Description

利用地磁场标定非晶材料GMI性能的方法
技术领域
本发明涉及脑机接口技术的脑磁信号采集装置，具体涉及一种利用地磁场标定非晶材料GMI性能的方法。
背景技术
在磁测量领域中，GMI磁传感器因其较宽的测量范围、较高的极限灵敏度以及其方便易用而广受关注。GMI效应就是当软磁性材料(多为Co基非晶和Fe基纳米晶)的丝或条带通以交流电流I ac 时，材料两端感生的交流电压Uw随着丝纵向所加的外磁场H ex 的变化而灵敏变化的现象，其实质是非晶材料自身的阻抗随外加磁场的灵敏变化。通过信号采集线圈，我们可以将阻抗值转化为电压值，从而实现对外磁场 H ex 的测量。
在测量中，非晶材料自身的阻抗性质对传感器最终的灵敏度有决定性影响。假设在50μT磁场变化下，GMI材料在没有放大的情况下电压输出变化为100mV（交流峰－峰值），则得到2 mV /μT的灵敏度。如果放大电路对2 mV的电压放大10万倍，就可以得到200mV /nT，即20 mV /100pT 的灵敏度。假设目标信噪比为5，则放大10万倍后多级放大器电压的输出噪声应该控制在4 mV 以内，也就是输入噪声应该控制在40 nV 以内。而目前输入噪声最多控制在200 nV，这就要求材料的输出变化再增加5到10倍。从而，要求我们能够快速甄别不同非晶材料的性能，以找到符合需求的材料。
现有的非晶材料测试方法，必须要使用亥姆霍兹线圈产生给定大小的磁场提供标定基准，且要求测试必须在磁屏蔽环境中进行。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种不依赖于磁屏蔽环境，在非屏蔽条件下利用地磁场即可实现标定，标定准确度高、方法简单可靠的利用地磁场标定非晶材料GMI性能的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种利用地磁场标定非晶材料GMI性能的方法，步骤包括：
1）使用交流电压源驱动被标定的非晶材料，并为被标定的非晶材料串接分压电阻；
2）在非屏蔽条件下沿水平面转动被标定的非晶材料，记录被标定的非晶材料输出电压的峰峰值最大值、峰峰值最小值；
3）将所述峰峰值最大值作为被标定的非晶材料平行于地磁场时输出的电压Vs，将所述峰峰值最小值作为被标定的非晶材料垂直于地磁场时输出的电压Vp，根据式（1）计算被标定的非晶材料的灵敏度；
K=（Vp-Vs）/B （1）
式（1）中，K表示被标定的非晶材料的灵敏度，Vp表示被标定的非晶材料垂直于地磁场时输出的电压，Vs表示被标定的非晶材料平行于地磁场时输出的电压，B为地磁场大小。
优选地，所述步骤1）中为被标定的非晶材料串接分压电阻时，被标定的非晶材料的交流阻抗、分压电阻的电阻值之间的比值大于1:10。
优选地，所述地磁场大小B的值为50μT。
本发明利用地磁场标定非晶材料GMI性能的方法具有下述优点：本发明使用交流电压源驱动被标定的非晶材料，并为被标定的非晶材料串接分压电阻；在非屏蔽条件下沿水平面转动被标定的非晶材料，记录被标定的非晶材料输出电压的峰峰值最大值、峰峰值最小值，将所述峰峰值最大值作为被标定的非晶材料平行于地磁场时输出的电压Vs，将所述峰峰值最小值作为被标定的非晶材料垂直于地磁场时输出的电压Vp并计算被标定的非晶材料的灵敏度，具有不依赖于磁屏蔽环境，在非屏蔽条件下利用地磁场即可实现标定，标定准确度高、方法简单可靠的优点。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
图2为本发明实施例方法的测量电路原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例利用地磁场标定非晶材料GMI性能的方法的步骤包括：
1）使用交流电压源驱动被标定的非晶材料，并为被标定的非晶材料串接分压电阻R1，参见图2；
2）在非屏蔽条件下沿水平面转动被标定的非晶材料，记录被标定的非晶材料输出电压的峰峰值最大值、峰峰值最小值；参见图2，本实施例中采用示波器分别接地、非晶材料和分压电阻R1之间、电压源三点，以检测非晶材料输出电压的峰峰值最大值、峰峰值最小值；
3）将所述峰峰值最大值作为被标定的非晶材料平行于地磁场时输出的电压Vs，将所述峰峰值最小值作为被标定的非晶材料垂直于地磁场时输出的电压Vp，根据式（1）计算被标定的非晶材料的灵敏度；
K=（Vp-Vs）/B （1）
式（1）中，K表示被标定的非晶材料的灵敏度，Vp表示被标定的非晶材料垂直于地磁场时输出的电压，Vs表示被标定的非晶材料平行于地磁场时输出的电压，B为地磁场大小。地磁场大小B具体是指测试地点的地磁场大小，一般而言，地磁场大小B可取值50μT。在获得被标定的非晶材料的灵敏度的基础上，即可利用对被标定的非晶材料进行GMI效应灵敏度的衡量，筛选掉不符合条件的非晶材料。
同时需要注意的是，非晶材料本身的交流阻抗也是一个重要指标。过小的交流阻抗，为了满足电流（工作点）恒定的条件，分压电阻R1必须尽可能大，从而非晶材料的分压比例过小，导致尽管有很高的灵敏度，却依然不足以产生足够大的变化值。因此对于非晶材料而言，足够大的灵敏度和交流阻抗是满足使用条件材料（产生足够的电压变化）的重要指标。为了达到上述目标，本实施例步骤1）中为被标定的非晶材料串接分压电阻R1时，被标定的非晶材料的交流阻抗、分压电阻R1的电阻值之间的比值大于1:10，该比值若小于1:10，则非晶材料将被视作不满足使用要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种利用地磁场标定非晶材料GMI性能的方法，其特征在于步骤包括：
1）使用交流电压源驱动被标定的非晶材料，并为被标定的非晶材料串接分压电阻；
2）在非屏蔽条件下沿水平面转动被标定的非晶材料，记录被标定的非晶材料输出电压的峰峰值最大值、峰峰值最小值；
3）将所述峰峰值最大值作为被标定的非晶材料平行于地磁场时输出的电压Vs，将所述峰峰值最小值作为被标定的非晶材料垂直于地磁场时输出的电压Vp，根据式（1）计算被标定的非晶材料的灵敏度；
K=（Vp-Vs）/B （1）
式（1）中，K表示被标定的非晶材料的灵敏度，B为地磁场大小。
2.根据权利要求1所述的利用地磁场标定非晶材料GMI性能的方法，其特征在于，所述步骤1）中为被标定的非晶材料串接分压电阻时，被标定的非晶材料的交流阻抗、分压电阻的电阻值之间的比值大于1:10。
3.根据权利要求1或2所述的利用地磁场标定非晶材料GMI性能的方法，其特征在于，所述地磁场大小B的值为50μT。
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