CN110455401B - 一种高灵敏度磁阻声波传感器及阵列装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高灵敏度磁阻声波传感器及阵列装置。其中，高灵敏度磁阻声波传感器包括：保护管壳、磁性振动组件以及位于保护管壳内部的磁阻芯片。保护管壳包括至少一个开口，磁性振动组件覆盖于开口上。磁阻芯片所在平面与磁性振动组件所在平面垂直，磁阻芯片的敏感方向位于磁阻芯片所在平面内，且与磁性振动组件的所在平面垂直或平行；或者，磁阻芯片所在平面与磁性振动组件所在平面平行，磁阻芯片的敏感方向位于磁阻芯片所在平面内，且与磁性振动组件的所在平面平行。本发明实施例提供的高灵敏度磁阻声波传感器及阵列装置，同时具备响应速度快、灵敏度高、温度稳定性好、功耗低、体积小、响应频带宽、低频响应优秀等特性。
Description
技术领域
本发明实施例涉及声波检测技术领域，尤其涉及一种高灵敏度磁阻声波传感器及阵列装置。
背景技术
声波传感器是将声波信号转换成电信号的装置，既能测试声波的强度大小，也能显示出声波的波形。声波传感器作为声波传感技术的主体，广泛用于声波信息的形成、传输、接收、变换、处理等领域的研究和应用。
目前声波传感器常用于将待测环境水体中声波或压力的变化转变为电信号并加以检测分析，现有的声波传感器主要包括光纤型声波传感器、压电型声波传感器和MEMS工艺下的硅基电容型声波传感器。其中，光纤型声波传感器温度稳定性及时间稳定性优秀、灵敏度高，但功耗较高、体积较大、低频响应较差；压电型声波传感器响应频带宽、便于加工、体积较小、结构稳定，但温度稳定性差，同体积下灵敏度较低；MEMS工艺硅基电容型声波传感器体积小、功耗低、温度稳定性较好，但噪音较高、响应频带较窄。
发明内容
本发明提供一种高灵敏度磁阻声波传感器及阵列装置，以同时具备响应速度快、灵敏度高、温度稳定性好、功耗低、体积小、响应频带宽、低频响应优秀等特性。
本发明实施例提供了一种高灵敏度磁阻声波传感器，包括：
保护管壳、磁性振动组件以及位于所述保护管壳内部的磁阻芯片；
所述保护管壳包括至少一个开口，所述磁性振动组件覆盖于所述开口上；
所述磁性振动组件用于接收外部的声波信号并将声波信号转换为磁场变化的磁信号；
所述磁阻芯片用于感测磁场的变化并将磁场的变化转换为磁阻电阻值的变化并进行信号输出；
所述磁阻芯片所在平面与所述磁性振动组件所在平面垂直，所述磁阻芯片的敏感方向位于所述磁阻芯片所在平面内，且所述磁阻芯片的敏感方向与所述磁性振动组件的所在平面垂直或平行；
或者，所述磁阻芯片所在平面与所述磁性振动组件所在平面平行，所述磁阻芯片的敏感方向位于所述磁阻芯片所在平面内，且所述磁阻芯片的敏感方向与所述磁性振动组件的所在平面平行。
可选的，所述磁性振动组件包括振动隔膜和永磁材料体，所述永磁材料体为永磁材料层并贴附在位于所述振动隔膜的一表面；或者，
所述永磁材料体为永磁材料粉体并均匀分布在所述振动隔膜内；
其中，所述永磁材料体的充磁方向垂直或平行于所述振动隔膜所在平面。
可选的，所述永磁材料体采用一种硬磁材料或多种硬磁材料构成的多层薄膜复合单元；或者，所述永磁材料体采用[软磁材料/反铁磁材料]n的多层薄膜复合材料，或者，所述永磁材料体采用[软磁材料/硬磁材料]p的多层薄膜复合材料，其中，n和p均为自然数。
可选的，所述磁性振动组件还包括保护层，所述保护层位于所述振动隔膜远离所述永磁材料层的表面。
可选的，所述磁性振动组件中振动隔膜的组成材料包括高分子聚合物、金属、硅或硅的化合物。
可选的，所述保护管壳的内部设置有配重体或配重液，所述配重体或配重液用于调整所述高灵敏度磁阻声波传感器的等效密度。
可选的，还包括信号处理单元、数据传输单元、供电单元和电路板；
所述信号处理单元、所述数据传输单元、所述供电单元和所述磁阻芯片均与所述电路板电连接；
所述信号处理单元用于处理所述磁阻芯片的输出信号；所述数据传输单元用于传输所述磁阻芯片的输出信号和/或所述信号处理单元处理后的信号；所述供电单元用于为所述信号处理单元、所述数据传输单元和所述磁阻芯片供电；所述电路板用于承载所述信号处理单元、所述数据传输单元和所述磁阻芯片。
可选的，所述保护管壳还包括防水接口，所述电路板通过所述防水接口与外部设备电连接。
本发明实施例还提供了一种高灵敏度磁阻声波传感器阵列装置，包括多个如上所述的任一高灵敏度磁阻声波传感器，多个所述高灵敏度磁阻声波传感器在任一平面内呈阵列排布或在任一球面内呈阵列排布。
本发明实施例提供的技术方案，通过磁性振动隔膜将声音或振动造成的磁性振动隔膜的振动转为磁场幅值波动或梯度变化，配合高灵敏度的磁阻芯片，将磁场幅值波动或梯度变化转化为电信号，从而精确获得待测声波或振动信号。其中，磁阻芯片具有对外部磁场变化响应速度快、灵敏度高的特性，并且功耗低，体积小、温度特性优秀，有助于提高高灵敏度磁阻声波传感器的输出信号强度及频率响应，解决了目前声波传感器低频响应差，响应频带窄，灵敏度与功耗体积间难以两全的技术问题，实现了同时具备响应速度快、灵敏度高、温度稳定性好、功耗低、体积小、响应频带宽、低频响应优秀等特性的高灵敏度磁阻声波传感器。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种高灵敏度磁阻声波传感器的剖面结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种高灵敏度磁阻声波传感器的立体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种高灵敏度磁阻声波传感器的剖面结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种高灵敏度磁阻声波传感器的立体结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种磁性振动组件的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种磁性振动组件的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种永磁材料体的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的另一种永磁材料体的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的又一种永磁材料体的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的又一种永磁材料体的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的又一种永磁材料体的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的又一种永磁材料体的结构示意图；
图13为本发明实施例提供的又一种磁性振动组件的结构示意图；
图14为本发明实施例提供的又一种磁性振动组件的结构示意图；
图15为本发明实施例提供的又一种高灵敏度磁阻声波传感器的剖面结构示意图；
图16为本发明实施例提供的又一种高灵敏度磁阻声波传感器的剖面结构示意图；
图17为分别设置配重体和配重液的高灵敏度磁阻声波传感器在测量环境液体中的示意图；
图18为本发明实施例提供的高灵敏度磁阻声波传感器的电路原理示意图；
图19为本发明实施例提供的一种高灵敏度磁阻声波传感器阵列装置的结构示意图；
图20为本发明实施例提供的另一种高灵敏度磁阻声波传感器阵列装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种高灵敏度磁阻声波传感器的剖面结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种高灵敏度磁阻声波传感器的立体结构示意图，如图1和图2所示，本发明实施例提供的高灵敏度磁阻声波传感器包括：保护管壳106、磁性振动组件101以及位于保护管壳106内部的磁阻芯片102。保护管壳106包括至少一个开口，磁性振动组件101覆盖于开口上，磁性振动组件101用于接收外部的声波信号并将声波信号转换为磁场变化的磁信号。磁阻芯片102用于感测磁场的变化并将磁场的变化转换为磁阻电阻值的变化并进行信号输出。磁阻芯片102所在平面与磁性振动组件101所在平面垂直，磁阻芯片102的敏感方向位于磁阻芯片102所在平面内，且磁阻芯片102的敏感方向与磁性振动组件101的所在平面垂直或平行，或者，磁阻芯片102所在平面与磁性振动组件101所在平面平行，磁阻芯片102的敏感方向位于磁阻芯片102所在平面内，且磁阻芯片102的敏感方向与磁性振动组件101的所在平面平行。
其中，保护管壳106可以为任意形状，保护管壳106可开设一个或多个开口端面。示例性的，参考图1和图2所示，保护管壳106为圆柱形，保护管壳106开设有一个开口端面，磁性振动组件101的感应面为圆形，且磁性振动组件101覆盖于保护管壳106的开口端面上，磁阻芯片102所在平面与磁性振动组件101所在平面平行，磁阻芯片102的敏感方向位于磁阻芯片102所在平面内，且磁阻芯片102的敏感方向与磁性振动组件101的所在平面平行。其中，可选的，磁性振动组件101与保护管壳106之间密封方式为粘接、焊接、卡扣密闭中的一种。
图3为本发明实施例提供的另一种高灵敏度磁阻声波传感器的剖面结构示意图，在其他实施例中，如图3所示，保护管壳106为圆柱形，在保护管壳106的两端均设有开口端面，磁性振动组件101的感应面为圆形，且磁性振动组件101覆盖于保护管壳106两端的开口端面上。其中，磁性振动组件101与保护管壳106之间密封方式可为粘接，焊接，卡扣密闭中的一种。或者，在保护管壳106的两端均设置圆形隔板，圆形隔板中央包括圆形通孔，磁性振动组件101的感应面为圆形，且磁性振动组件101位于圆形隔板上，圆形通孔的孔径小于或等于磁性振动组件101感应面的直径。其中，圆形隔板与保护管壳106侧壁的连接方式可采用粘接、焊接或一体成型的方式。
图4为本发明实施例提供的另一种高灵敏度磁阻声波传感器的立体结构示意图，在其他实施例中，如图4所示，保护管壳106为四方形，保护管壳106的两端设置有方形隔板108，磁性振动组件101的感应面为圆形，磁性振动组件101位于方形隔板108上，方形隔板108中央有一圆形通孔，孔径小于或等于磁性振动组件101感应面的直径，磁阻芯片102位于保护管壳106中部，并且与磁性振动组件101垂直放置，磁阻芯片102的敏感方向位于磁阻芯片102所在平面内，且磁阻芯片102的敏感方向与磁性振动组件101的所在平面垂直或平行。其中，方形隔板108与保护管壳106侧壁的连接方式可为粘接、焊接和一体成型中的一种；磁性振动组件101与保护管壳106之间密封方式可为粘接、焊接和卡扣密闭中的一种。
本发明实施例提供的技术方案，通过磁性振动组件101将声音或振动造成的磁性振动组件101的振动转换为磁场幅值波动或梯度变化，配合高灵敏度的磁阻芯片102，将磁场幅值波动或梯度变化转化为磁阻电阻值的变化并进行信号输出，从而精确获得待测声波或振动信号。其中，磁阻芯片102具有对外部磁场变化响应速度快、灵敏度高的特性，并且功耗低，体积小、温度特性优秀，有助于提高高灵敏度磁阻声波传感器的输出信号强度及频率响应，解决了目前声波传感器低频响应差，响应频带窄，灵敏度与功耗体积间难以两全的技术问题，实现了同时具备响应速度快、灵敏度高、温度稳定性好、功耗低、体积小、响应频带宽、低频响应优秀等特性的高灵敏度磁阻声波传感器。
可选的，磁性振动组件101包括振动隔膜401和永磁材料体，永磁材料体为永磁材料层402并贴附在振动隔膜401的一表面；或者，永磁材料体为永磁材料粉体403并均匀分布在振动隔膜401内。其中，永磁材料体的充磁方向垂直或平行于振动隔膜401所在平面。
示例性的，图5为本发明实施例提供的一种磁性振动组件的结构示意图，如图5所示，将永磁材料旋涂黏附于磁性振动组件101的表面形成永磁材料层402，永磁材料层402的充磁方向在永磁材料层402所在平面内或垂直于永磁材料层402的所在平面。
图6为本发明实施例提供的另一种磁性振动组件的结构示意图，在其他实施例中，如图6所示，将永磁材料粉体403均匀分散于振动隔膜401中，永磁材料粉体403的充磁方向在振动隔膜401所在平面内或垂直于振动隔膜401的所在平面。可选的，永磁材料可通过气相沉积、电镀等方式与振动隔膜401进行结合设置。
其中，通过设置永磁材料体的充磁方向与振动隔膜401的关系，使得永磁材料体的充磁方向与磁阻芯片102的敏感方向相匹配，从而进一步提高高灵敏度磁阻声波传感器的灵敏度。
可选的，永磁材料体采用一种硬磁材料或多种硬磁材料构成的多层薄膜复合单元；或者，永磁材料体采用[软磁材料/反铁磁材料]n的多层薄膜复合材料，或者，永磁材料体采用[软磁材料/硬磁材料]p的多层薄膜复合材料，其中，n和p均为自然数。
其中，n表示软磁材料和反铁磁材料的层数，p表示软磁材料和硬磁材料的层数。
示例性的，图7为本发明实施例提供的一种永磁材料体的结构示意图，如图7所示，永磁材料体为单一的硬磁材料501构成。图8为本发明实施例提供的另一种永磁材料体的结构示意图，如图8所示，永磁材料体为第一硬磁材料501和第二硬磁材料502堆叠构成的多层薄膜复合单元。图9为本发明实施例提供的又一种永磁材料体的结构示意图，如图9所示，永磁材料体为一层软磁材料504和一层反铁磁材料503构成的薄膜复合单元。图10为本发明实施例提供的又一种永磁材料体的结构示意图，如图10所示，永磁材料体为四层软磁材料504和四层反铁磁材料503交叠设置构成的多层薄膜复合单元，该多层薄膜复合单元表示为[软磁材料/反铁磁材料]4。图11为本发明实施例提供的又一种永磁材料体的结构示意图，如图11所示，永磁材料体为一层软磁材料504和一层硬磁材料501构成的薄膜复合单元，该薄膜复合单元表示为[软磁材料/硬磁材料]1。图12为本发明实施例提供的又一种永磁材料体的结构示意图，如图12所示，永磁材料体为四层软磁材料504和四层硬磁材料501交叠设置构成的多层薄膜复合单元，该多层薄膜复合单元表示为[软磁材料/硬磁材料]4。
可选的，硬磁材料501包括但不限于CoPt、CoCrPt、FePt；软磁材料504包括但不限于FeCo、NiFe；反铁磁材料503包括但不限于PtMn、IrMn。
其中，软磁材料剩磁较小，硬磁材料剩磁较大，反铁磁材料磁化率接近于零，本领域技术人员可根据实际需求设置永磁材料体的材料和层数。
可选的，磁性振动组件101还包括保护层404，保护层404位于振动隔膜401远离永磁材料层402的表面。
示例性的，图13为本发明实施例提供的又一种磁性振动组件的结构示意图，如图13所示，振动隔膜401远离永磁材料层402的外表面覆盖有保护层404。图14为本发明实施例提供的又一种磁性振动组件的结构示意图，如图14所示，永磁材料粉体403均匀分散于振动隔膜401中，振动隔膜401的一表面与保护层404紧密贴合。通过设置保护层404对磁性振动组件101进行保护，保证高灵敏度磁阻声波传感器在特定环境中能够正常工作。其中，可选的，保护层404为高分子材料或耐腐蚀的金属材料，其中，金属材料包括但不限于钛、钛合金和不锈钢。
可选的，磁性振动组件101中振动隔膜401的组成材料包括高分子聚合物、金属、硅或硅的化合物。
其中，采用上述耐腐蚀的材料有助于保证高灵敏度磁阻声波传感器在液体中的正常工作。
可选的，保护管壳106的内部设置有配重体111或配重液112，配重体111或配重液112用于调整高灵敏度磁阻声波传感器的等效密度。
示例性的，图15为本发明实施例提供的又一种高灵敏度磁阻声波传感器的剖面结构示意图，如图15所示，高灵敏度磁阻声波传感器的保护管壳106内部包括空腔，将四个配重体111固定于保护管壳106的内侧壁以调节高灵敏度磁阻声波传感器的整体等效密度，其中，配重体111可为惰性固体，配重体111的数量可为一个或多个。
图16为本发明实施例提供的又一种高灵敏度磁阻声波传感器的剖面结构示意图，如图16所示，将配重液112充满保护管壳106以及磁性振动组件101所包围的配重腔中，以调节高灵敏度磁阻声波传感器的整体等效密度，其中，配重液112可为无腐蚀性的绝缘液体。
图17为分别设置配重体和配重液的高灵敏度磁阻声波传感器在测量环境液体中的示意图，如图17所示，设置配重体111的高灵敏度磁阻声波传感器601和设置配重液112的高灵敏度磁阻声波传感器602可在测量环境液体603的设置深度下保持稳定。
本发明实施例提供的高灵敏度磁阻声波传感器，通过在保护管壳106的内部设置配重体111或配重液112，以确保高灵敏度磁阻声波传感器在液体环境测量时，高灵敏度磁阻声波传感器整体等效密度与高灵敏度磁阻声波传感器所安放的液体环境密度的差异不超过3％，从而使得高灵敏度磁阻声波传感器在所安放的液体环境中的相对深度保持稳定。
参考图1-4所示，可选的，本发明实施例提供的高灵敏度磁阻声波传感器还包括信号处理单元103、数据传输单元105、供电单元和电路板104。信号处理单元103、数据传输单元105、供电单元和磁阻芯片102均与电路板104电连接。信号处理单元103用于处理磁阻芯片的输出信号，数据传输单元105用于传输磁阻芯片102的输出信号和/或信号处理单元103处理后的信号，供电单元用于为信号处理单元103、数据传输单元105和磁阻芯片102供电，电路板104用于承载信号处理单元103、数据传输单元105和磁阻芯片102。
其中，磁阻芯片102、信号处理单元103和数据传输单元105均设置于保护管壳106的内部，并与电路板104电连接，磁性振动组件101振动产生的磁场变化引起磁阻芯片102的磁阻阻值变化，从而将声波引发的机械运动转化为电信号。数据传输单元105将磁阻芯片102的输出信号和信号处理单元103的处理后的信号中的至少一种传输至接收终端。
可选的，数据传输单元105采用无线传输或有线传输，其中，采用无线传输可以使得高灵敏度磁阻声波传感器不受连接线的限制，采用有线传输能够提高数据传输的准确性和实时性。
示例性的，如图3所示，磁阻芯片102、信号处理单元103和无线数据传输单元109均位于电路板104上且与电路板104电连接，供电单元110为电池，也固定于PCB电路板上并与电路板104，从而为磁阻芯片102、信号处理单元103和无线数据传输单元109供电。其中，信号处理单元103可为单独的器件，也可整合于磁阻芯片102内部，从而进一步减小高灵敏度磁阻声波传感器的体积。供电单元110可固定于电路板104上，也可设置在高灵敏度磁阻声波传感器外部，通过引线与电路板104电连接。
可选的，信号处理单元103对电信号进行处理包括一种或多种以下处理方式：对磁阻芯片102的输出信号进行调制、滤波、放大、模数转换、隔离、降噪、电平转换和输出形式转换等。
可选的，信号处理单元103为中央处理器(central processing unit，CPU)、微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、特殊应用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、放大器、滤波器、比较器等集成电路芯片的一种或多种，或者，信号处理单元103为电路板104上由分立器件构成的与上述元件具有相同功能的电路。
可选的，电路板104为印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)，体积小、成本低且便于维修。
图18为本发明实施例提供的高灵敏度磁阻声波传感器的电路原理示意图，如图18所示，磁阻芯片102(TMR)与信号处理单元103的输入端电连接，数据传输单元105与信号处理单元103的输出端电连接。信号处理单元103输出端的输出信号的形式为电流或电压，输出信号的类型为模拟信号或数字信号。其中，供电单元110内置在高灵敏度磁阻声波传感器中或外置，从而对磁阻芯片102和信号处理单元103进行供电。若使用无线数据传输单元105时，供电单元110可同时对数据传输单元105进行供电。
可选的，磁阻芯片102为各向异性磁阻、巨磁阻和隧道结磁阻中的任意一种。磁阻芯片102可感测到磁性振动组件101的磁场变化的磁信号并将该磁信号转换为磁阻电阻值的变化并将信号输出给信号处理单元103，信号处理单元103对磁阻芯片102的输出信号进行分析处理并输出给数据传输单元105。其中，磁阻芯片102可采用单端输出或差分输出的方式输出信号。
参考图1和图2所示，可选的，保护管壳106还包括防水接口107，电路板104通过防水接口107与外部设备电连接。
其中，供电单元为内部电池供电和/或外界引线供电方式，若供电单元为内部电池，将内部电池设置于保护管壳106内部；若供电单元外置，采用外界引线的供电方式，则连接供电单元的外部引线通过保护管壳106表面的防水接口107与电路板104电连接。可选的，防水接口107位于保护管壳106的侧壁或保护管壳106上没有磁性振动组件101覆盖的端面。
示例性的，如图4所示，四方形的保护管壳106的一个侧壁上设置有防水接口107，外部引线通过防水接口107与电路板104电连接，磁阻芯片102和信号处理单元103均位于电路板104上，外部引线用于供电和/或传输数据，数据传输单元105可设置在高灵敏度磁阻声波传感器外部，并通过外部引线与电路板104电连接，从而将磁阻芯片102的输出信号和/或信号处理单元103处理后的信号传输给外部设备。
在其他实施例中，如图1和图2所示，防水接口107位于保护管壳106上没有磁性振动组件101覆盖的端面，本领域技术人员可根据实际需求对防水接口107的位置进行设置。
可选的，保护管壳106为高分子材料或耐腐蚀的金属材料，其中，金属材料包括但不限于钛、钛合金、不锈钢，采用上述耐腐蚀的材料有助于保证高灵敏度磁阻声波传感器在液体中的正常工作。
本发明实施例提供的高灵敏度磁阻声波传感器，具有密封结构，可用于液体内部的振动及声波检测。通过将磁性材料与弹性振动隔膜进行复合，使得测试环境中的声音、振动或压力的变化转变为磁场变化，磁性振动隔膜的磁场变化会引起磁阻芯片的磁阻阻值变化，利用磁阻芯片作为敏感元件，将磁性振动隔膜的机械运动转化为电信号，从而精确获得的待测声波或振动信号。其中，磁阻芯片具有高灵敏度及高频响特性，提高了高灵敏度磁阻声波传感器的输出信号强度及频率响应，有利于测试环境中微压、微声、微弱振动的检测。解决了目前声波传感器低频响应差，响应频带窄，灵敏度与功耗体积间难以两全的技术问题，实现了同时具备响应速度快、灵敏度高、温度稳定性好、功耗低、体积小、响应频带宽、低频响应优秀等特性的高灵敏度磁阻声波传感器。
基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种高灵敏度磁阻声波传感器阵列装置，该高灵敏度磁阻声波传感器阵列装置包括多个上述实施例提供的任一高灵敏度磁阻声波传感器，与上述实施例相同或相应的结构以及术语的解释在此不再赘述，图19为本发明实施例提供的一种高灵敏度磁阻声波传感器阵列装置的结构示意图，图20为本发明实施例提供的另一种高灵敏度磁阻声波传感器阵列装置的结构示意图，如图19和图20所示，多个高灵敏度磁阻声波传感器在任一平面内呈阵列排布或在任一球面内呈阵列排布。
其中，如图19所示，高灵敏度磁阻声波传感器阵列装置包括高灵敏度磁阻声波传感器阵列，阵列中有序排布的高灵敏度磁阻声波传感器301以及阵列连接线302位于同一平面。在其他实施例中，如图20所示，高灵敏度磁阻声波传感器阵列装置包括高灵敏度磁阻声波传感器阵列，阵列中的高灵敏度磁阻声波传感器301在一球形曲面上有序排布，高灵敏度磁阻声波传感器301以及阵列连接线302位于同一球面上，从而有利于精确测向定位。可选的，高灵敏度磁阻声波传感器阵列装置还可采用其他组网方式的高灵敏度磁阻声波传感器阵列，本领域技术人员可根据实际设计对高灵敏度磁阻声波传感器进行组网设置。
本发明实施例提供的高灵敏度磁阻声波传感器阵列装置，可用于声音和振动的测量，通过将振动隔膜复合永磁材料得到磁性振动组件，使得测试环境中的声音、振动或压力的变化转变为磁场变化，再结合磁阻芯片作为敏感元件，将磁场变化转换为磁阻阻值的变化，从而将磁性振动组件的机械运动转化为电信号，进而精确获得液体内部的待测声波或振动信号。其中，磁阻芯片具备高灵敏度及高频响特性，能够提高高灵敏度磁阻声波传感器阵列装置的输出信号强度及频率响应，有利于测试环境中微压、微声和微弱振动，同时磁阻芯片功耗低，体积小，有助于制作具备无线化，阵列化探测结构的高灵敏度磁阻声波传感器阵列装置。综上所述，本发明实施例提供的高灵敏度磁阻声波传感器阵列装置，通过磁性振动组件将液体内部声音或振动造成的磁性振动组件的振动转为磁场幅值波动或梯度变化，利用磁阻芯片中磁电阻材料阻值对于外部磁场变化响应速度快，灵敏度高的特性，使得高灵敏度磁阻声波传感器阵列装置具备高灵敏度、低功耗、响应频带宽、低频响应优秀以及适于规模化组网等优势。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种高灵敏度磁阻声波传感器，其特征在于，包括：
保护管壳、磁性振动组件以及位于所述保护管壳内部的磁阻芯片；
所述保护管壳包括至少一个开口，所述磁性振动组件覆盖于所述开口上；
所述磁性振动组件用于接收外部的声波信号并将声波信号转换为磁场变化的磁信号；
所述磁阻芯片用于感测磁场的变化并将磁场的变化转换为磁阻电阻值的变化并进行信号输出；
所述磁阻芯片所在平面与所述磁性振动组件所在平面垂直，所述磁阻芯片的敏感方向位于所述磁阻芯片所在平面内，且所述磁阻芯片的敏感方向与所述磁性振动组件的所在平面垂直或平行；
或者，所述磁阻芯片所在平面与所述磁性振动组件所在平面平行，所述磁阻芯片的敏感方向位于所述磁阻芯片所在平面内，且所述磁阻芯片的敏感方向与所述磁性振动组件的所在平面平行。
2.根据权利要求1所述的高灵敏度磁阻声波传感器，其特征在于，所述磁性振动组件包括振动隔膜和永磁材料体，
所述永磁材料体为永磁材料层并贴附在所述振动隔膜的一表面；或者，
所述永磁材料体为永磁材料粉体并均匀分布在所述振动隔膜内；
其中，所述永磁材料体的充磁方向垂直或平行于所述振动隔膜所在平面。
3.根据权利要求2所述的高灵敏度磁阻声波传感器，其特征在于，所述永磁材料体采用一种硬磁材料或多种硬磁材料构成的多层薄膜复合单元；或者，所述永磁材料体采用[软磁材料/反铁磁材料]n的多层薄膜复合材料，或者，所述永磁材料体采用[软磁材料/硬磁材料]p的多层薄膜复合材料，其中，n和p均为自然数。
4.根据权利要求2所述的高灵敏度磁阻声波传感器，其特征在于，所述磁性振动组件还包括保护层，所述保护层位于所述振动隔膜远离所述永磁材料层的表面。
5.根据权利要求2所述的高灵敏度磁阻声波传感器，其特征在于，所述磁性振动组件中振动隔膜的组成材料包括高分子聚合物、金属、硅或硅的化合物。
6.根据权利要求1所述的高灵敏度磁阻声波传感器，其特征在于，所述保护管壳的内部设置有配重体或配重液，所述配重体或配重液用于调整所述高灵敏度磁阻声波传感器的等效密度。
7.根据权利要求1所述的高灵敏度磁阻声波传感器，其特征在于，还包括信号处理单元、数据传输单元、供电单元和电路板；
所述信号处理单元、所述数据传输单元、所述供电单元和所述磁阻芯片均与所述电路板电连接；
所述信号处理单元用于处理所述磁阻芯片的输出信号；所述数据传输单元用于传输所述磁阻芯片的输出信号和/或所述信号处理单元处理后的信号；所述供电单元用于为所述信号处理单元、所述数据传输单元和所述磁阻芯片供电；所述电路板用于承载所述信号处理单元、所述数据传输单元和所述磁阻芯片。
8.根据权利要求7所述的高灵敏度磁阻声波传感器，其特征在于，所述保护管壳还包括防水接口，所述电路板通过所述防水接口与外部设备电连接。
9.一种高灵敏度磁阻声波传感器阵列装置，其特征在于，包括多个权利要求1-8中任一项所述的高灵敏度磁阻声波传感器，多个所述高灵敏度磁阻声波传感器在任一平面内呈阵列排布或在任一球面内呈阵列排布。
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