CN107290694B - 抑制方向串扰的电感型磁传感器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种抑制方向串扰的电感型磁传感器及其制备方法，该传感器包括绝缘不导磁衬底、传感线圈、偏置线圈、绝缘层、导磁材料层，传感线圈位于绝缘不导磁衬底上，偏置线圈位于两层绝缘层之间，且和传感线圈部分重叠，导磁材料层位于最上的绝缘层上。本发明能够抑制传感器的轴间串扰，消除轴间交叉敏感，提高磁传感器的传感性能。

Description

抑制方向串扰的电感型磁传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种磁传感器及其制备方法，特别是涉及一种抑制方向串扰的电感型磁传感器及其制备方法。
背景技术
磁传感器是用途最广泛的传感器之一，通过磁场测量可以直接或者间接测量很多种物理、化学、生物等参数。磁场是矢量场，现有的磁传感器的轴之间易串扰，交叉敏感，磁传感器的单轴传感性能不高，稳定性和一致性较差，不适合大批量生产且成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种抑制方向串扰的电感型磁传感器，其能够抑制传感器的轴间串扰，消除轴间交叉敏感，提高磁传感器的传感性能。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种抑制方向串扰的电感型磁传感器，其特征在于，包括绝缘不导磁衬底、传感线圈、偏置线圈、绝缘层、导磁材料层，传感线圈位于绝缘不导磁衬底上，偏置线圈位于两层绝缘层之间，导磁材料层位于最上的绝缘层的顶端上。
优选地，所述偏置线圈和传感线圈部分重叠，偏置线圈和传感线圈的重叠部分的电流方向相互垂直。
优选地，所述偏置线圈和传感线圈的重叠部分的上下表面同时覆盖导磁材料层，并使上下导磁材料层连接。
优选地，所述偏置线圈上施加直流电流，使导磁层的磁导率不随垂直于敏感方向的磁场变化。
优选地，所述偏置线圈施加交流电流，交变频率大于被测磁场频率，使得该线圈电流引起导磁材料层产生零极化到饱和极化交变。
本发明还提供一种抑制方向串扰的电感型磁传感器的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：提供一绝缘不导磁衬底，在绝缘不导磁衬底上制作传感线圈，传感线圈表面覆盖一层绝缘层，在绝缘层上制作偏置线圈，偏置线圈和传感线圈部分重叠，偏置线圈和传感线圈的重叠部分的电流方向相互垂直，偏置线圈和传感线圈的重叠部分覆盖另一层绝缘层，在另一层绝缘层上覆盖磁性层。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明能够抑制传感器的轴间串扰，消除轴间交叉敏感，提高磁传感器的传感性能，平面结构元器件，特别适合采用微加工工艺进行大批量生产，极大地降低器件的成本且显著提高器件性能的稳定性和一致性。本发明给偏置线圈提供电流，将磁性层中非敏感轴方向偏置到磁场不敏感点，即在偏置磁场的一个邻域范围，非敏感轴方向磁场的变化就不会引起敏感轴方向磁导率的变化，这样就只有敏感轴方向的磁场能够引起电感量变化，因此实现只对敏感轴方向的磁场敏感。本发明给偏置线圈提供确定变化的扫描电流，如电流值从小到大线性变化，扫描频率大于被磁磁场频率，这样每个扫描周期中，传感线圈电感值不变的部分就是只对敏感轴方向磁场的传感输出。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明抑制方向串扰的电感型磁传感器的结构示意图。
图2为沿图1的A-A'方向的剖视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图2所示，本发明抑制方向串扰的电感型磁传感器包括绝缘不导磁衬底1、传感线圈2、偏置线圈3、绝缘层4、导磁材料层5，传感线圈2位于绝缘不导磁衬底1上，偏置线圈3位于两层绝缘层4之间，导磁材料层5位于最上的绝缘层4的顶端上。
偏置线圈和传感线圈部分重叠，偏置线圈和传感线圈的重叠部分的电流方向相互垂直覆盖，这样进一步提高磁传感器的单轴传感性能。
偏置线圈和传感线圈的重叠部分的上下表面同时覆盖导磁材料层，并使上下导磁材料层连接，增强有效磁导率，提高灵敏度。
本发明抑制方向串扰的电感型磁传感器的制备方法包括以下步骤：提供一绝缘不导磁衬底，在绝缘不导磁衬底上制作传感线圈，传感线圈表面覆盖一层绝缘层，在绝缘层上制作偏置线圈，偏置线圈和传感线圈部分重叠，偏置线圈和传感线圈的重叠部分的电流方向相互垂直，偏置线圈和传感线圈的重叠部分覆盖另一层绝缘层，在另一层绝缘层覆盖磁性层。
本发明给偏置线圈提供电流，将磁性层中非敏感轴方向偏置到磁场不敏感点，即在偏置磁场的一个邻域范围，非敏感轴方向磁场的变化不会引起敏感轴方向磁导率的变化，这样就只有敏感轴方向的磁场能够引起电感量变化，因此实现了只对敏感轴方向的磁场敏感；还可以为偏置线圈提供确定变化的扫描电流，如电流值从小到大线性变化，扫描频率大于被测磁场频率，这样每个扫描周期，传感线圈电感值不变的部分就是只对敏感轴敏感的传感输出。所述偏置线圈上施加直流电流，使导磁层的磁导率不随垂直于敏感方向的磁场变化。所述偏置线圈施加交流电流，交变频率大于被测磁场频率，使得该线圈电流引起导磁材料层产生零极化到饱和极化交变。
实施例一：
用二氧化硅作为衬底，以溅射或者电镀的方法在其上制作第一个矩形平面线圈，在第一个矩形平面线圈上覆盖一层二氧化硅薄膜，在薄膜上制作第二个矩形平面线圈，该第二个矩形平面线圈和第一个矩形平面线圈部分重叠，重叠部分的线圈导线相互垂直，在第二个矩形平面线圈上覆盖一层二氧化硅薄膜，在二氧化硅薄膜上两个线圈重叠的区域以溅射或者电镀的方法制作一层FeNi合金(也可以用任何其他导磁材料，如硅钢，FeCo合金制作)薄膜层，覆盖不同重叠区域的FeNi合金薄膜层不相连，且其最小间距大于薄膜厚度。
实施例二：
在实施例一中的FeNi合金薄膜层对应位置的衬底区域，首先以溅射或者电镀的方法在其上制作FeNi合金薄膜层，在FeNi合金薄膜层上制作二氧化硅薄膜层，以溅射或者电镀的方法在其上制作矩形平面线圈，在线圈上覆盖一层二氧化硅薄膜，在薄膜上制作另一个矩形平面线圈，该平面线圈和第一个矩形平面线圈部分重叠，重叠部分的线圈导线相互垂直，在第二个平面线圈上覆盖一层二氧化硅薄膜，在薄膜上两个线圈重叠的区域以溅射或者电镀的方法制作一层FeNi合金薄膜层，覆盖不同重叠区域的FeNi合金薄膜层不相连，且其最小间距大于薄膜厚度，但和在衬底上对应位置的合金薄膜层可连接。
平面结构元器件特别适合采用微加工工艺进行大批量生产，不仅仅极大地降低器件的成本，而且可以显著提高器件性能的稳定性和一致性。在衬底上制作平面线圈和导磁材料薄膜，可以形成电感型磁场传感器，传感的物理机理是导磁材料层覆盖的平面线圈电感的电感量是导磁材料磁导率的函数，而导磁材料的磁导率又随着外加磁场变化，因此通过测量线圈电感可以传感磁场。导磁材料是各向异性材料，一般薄膜材料平面中两个轴都是易极化方向，并且磁性层平面内两个相互垂直方向的磁极化性能不相同。在电感型磁传感器设计中，应该使电感值只/或者主要依赖于敏感轴的磁导率。由于导磁材料的畴结构所决定，和导磁材料层共面的场，都能引起磁极化。磁场是矢量场，对其测量的传感器应该应该有方向选择能力。上述分析表明，由于导磁材料的各向异性，采用导磁材料层的电感磁传感器是对易极化轴、中级极化轴两个方向都敏感的。为了感知或者抑制传感器的轴间串扰，以消除轴间交叉敏感，提高磁传感器的单轴传感性能，本发明提出一种抑制方向串扰的电感型磁传感器。
综上所述，本发明能够抑制传感器的轴间串扰，消除轴间交叉敏感，提高磁传感器的单轴传感性能，平面结构元器件，特别适合采用微加工工艺进行大批量生产，极大地降低器件的成本且显著提高器件性能的稳定性和一致性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种抑制方向串扰的电感型磁传感器，其特征在于，包括绝缘不导磁衬底、传感线圈、偏置线圈、绝缘层以及导磁材料层；
所述传感线圈位于绝缘不导磁衬底上，所述偏置线圈位于两层绝缘层之间，所述导磁材料层位于最上的绝缘层上；
所述偏置线圈和传感线圈部分重叠，且所述偏置线圈和传感线圈的重叠部分的电流方向相互垂直；
所述偏置线圈和传感线圈的重叠部分的上下表面同时覆盖导磁材料层，并使上下导磁材料层连接。
2.根据权利要求1所述的抑制方向串扰的电感型磁传感器，其特征在于，所述偏置线圈上施加直流电流，使所述导磁材料层的磁导率不随垂直于敏感方向的磁场变化。
3.根据权利要求1所述的抑制方向串扰的电感型磁传感器，其特征在于，所述偏置线圈施加交流电流，交变频率大于被测磁场频率，使得该线圈电流引起导磁材料层产生零极化到饱和极化交变。
4.一种抑制方向串扰的电感型磁传感器的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：提供一绝缘不导磁衬底，衬底材料采用二氧化硅，在绝缘不导磁衬底上以溅射或者电镀的方法制作传感线圈，所述传感线圈表面覆盖一层绝缘层，绝缘层采用二氧化硅薄膜，在绝缘层上制作偏置线圈，偏置线圈和传感线圈部分重叠，偏置线圈和传感线圈的重叠部分的电流方向相互垂直，偏置线圈和传感线圈的重叠部分以溅射或者电镀的方法覆盖另一层绝缘层，在另一层绝缘层覆盖导磁材料层。
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