CN115236565A - 一种空间磁场面探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空间磁场面探测器，涉及涉及磁场探测技术领域，包括，若干磁电阻传感器、若干门控开关、偏置控制电路以及信号读出电路。本发明通过设置多个磁电阻传感器组成正方形网格阵列，偏置控制电路控制门控开关并依次为磁电阻传感器每一列提供偏置电流，并在偏置控制电路为某一列磁传感器施加偏置电流时，依次从信号读出电路读出该列各个磁电阻传感器电压信号，并通过磁电阻传感器的电压‑磁场响应关系，获得每个磁电阻传感器所在位置的磁场，进而获得空间二维平面内的磁场分布，实现了空间磁场的二维平面探测，提高了空间磁场分布探测效率。

Description

一种空间磁场面探测器
技术领域
本发明涉及磁场探测技术领域，尤其涉及一种空间磁场面探测器。
背景技术
磁共振成像在医学诊断领域发挥着不可替代的重要作用。磁场的均匀性是磁共振成像的理论基础，同时决定着核磁共振图像的信噪比；要获得磁共振成像主磁体产生的空间磁场均匀性信息，就需要利用磁传感器对主磁体产生的空间磁场进行测试，传统的磁共振成像主磁体空间磁场均匀性测试主要是利用单个霍尔探头等磁传感器对空间磁场进行逐点探测，然而，霍尔探头存在探测精度低的问题(探测精度0.1Gs～1Gs)，无法精确测量空间磁场，此外，传统的磁共振成像主磁体内部空间磁场逐点探测方法存在探测周期长，探测效率低的问题。
相比于霍尔传感器，磁电阻传感器，特别是巨磁电阻和隧道磁电阻传感器具有更高的磁场探测精度(0.001Gs)，磁场探测范围可以达到1T以上，并且具有体积小、功耗低的优点，是高精度磁场测量的理想磁传感器。
发明内容
本发明的目的是克服现有霍尔探头存在的探测精度低，以及空间磁场逐点探测方法存在的探测周期长，探测效率低的问题，提出一种空间磁场面探测器。本发明提出的空间磁场面探测器可以解决现有霍尔探头探测精度低，以及逐点探测空间磁场存在的探测周期长，探测效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种空间磁场面探测器，包括，若干磁电阻传感器(1)、若干门控开关(2)、偏置控制电路(3)以及信号读出电路(4)，其中，
各所述磁电阻传感器(1)组成正方形网格阵列，每一个磁电阻传感器(1)有两个偏置电极和两个信号输出电极，每一列磁电阻传感器(1)的偏置电极按照磁电阻传感器的排列顺序依次串联，在各所述磁电阻传感器(1)组成的正方形网格阵列中，每一行磁电阻传感器(1)的输出电极通过对应的门控开关(2)与同一行其他磁电阻传感器依次串联；所述门控开关(2)为双向开关，当门控开关(2)闭合时接通磁电阻传感器(1)的信号输出电极，当开关打开时与磁电阻传感器(1)断开连接并与磁电阻传感器(1)另一侧的门控开关(2)短接；所述的偏置控制电路(3)的输出端与每一列磁电阻传感器首尾的两个偏置电极相连，并控制为磁电阻传感器提供偏置电流；所述的信号读出电路(4)的输入端分别连接每一行磁电阻传感器(1)首尾的两个输出电极，并控制测试磁电阻传感器(1)的输出电压。
进一步地，所述的偏置控制电路(3)用于为磁电阻传感器(1)提供电流偏置，所述的信号读出电路(4)用于为磁电阻传感器(1)提供输出信号检测；磁电阻传感器(1)阵列处于待测磁场空间时会感应到外磁场并产生电阻变化，当偏置控制电路(3)为磁电阻传感器(1)阵列的其中一列磁电阻传感器提供电流偏置时，与该列磁电阻传感器相连的门控开关(2)闭合，其余门控开关(2)处于打开状态，信号读出电路(4)依次读出该列磁电阻传感器的电压输出信号，并通过电压-磁场转换关系计算得出外磁场；偏置控制电路(3)按照顺序依次为磁电阻传感器(1)阵列的每一列提供电流偏置，获得磁电阻传感器(1)阵列所在空间平面的磁场分布。
进一步地，所述磁电阻传感器(1)采用巨磁电阻或隧道磁电阻制作；所述磁电阻传感器(1)及门控电路(2)采用光刻工艺设计加工。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，利用磁电阻传感器探测空间磁场，目前商用的磁电阻传感器(巨磁电阻、隧道磁电阻)灵敏度和电压噪声分别可以达到10mV/V/Gs以及1000nV/Hz1/2的水平，根据磁场探测精度＝电压噪声/灵敏度可以得出，磁电阻传感器的磁场探测精度可以达到0.0001Gs，远高于霍尔探头(探测精度0.1Gs～1Gs)，而磁电阻传感器(巨磁电阻、隧道磁电阻)磁场探测范围可以达到1T以上，可以满足磁共振磁体内部高场的探测需求，因此，相比于现有的霍尔探头，本发明对于空间磁场的探测精度更高。
尤其，本发明中的磁电阻传感器构成平面阵列，结合偏置控制电路以及信号读出电路，可以对磁电阻阵列所在平面区域的磁场进行测试，相比于现有逐点空间磁场探测，本发明对于空间磁场的探测效率更高，且探测速度更快。
尤其，本发明磁场面探测器电路结构简单，且磁电阻、门控电路的制备工艺成熟，都可以通过光刻工艺加工，并与当今的芯片制备工艺完全兼容。
尤其，本发明采用磁电阻传感器作为磁场面探测器传感器单元，由于磁电阻传感器具有体积小、功耗低的优点，可以有效提升面探测器的空间分辨率。
附图说明
图1为本实施例所述空间磁场面探测器的示意图；
图2为本实施例所述任意一磁电阻传感器在门控开关处于打开状态的电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1与图2所示，其中，图1为本实施例所述空间磁场面探测器的示意图，包括，若干磁电阻传感器(1)、若干门控开关(2)、偏置控制电路(3)和信号读出电路(4)；图2为本实施例所述任意一磁电阻传感器在门控开关处于打开状态的电路结构示意图；本实施例公开一种空间磁场面探测器，包括，
若干磁电阻传感器(1)，若干门控开关(2)，偏置控制电路(3)及信号读出电路(4)；在本实施例中为9个磁电阻传感器组成3*3正方形网格阵列；每一个磁电阻传感器有两个偏置电极Iin +、Iin -和两个信号输出电极Vout +、Vout -，每一列磁电阻传感器通过偏置电极Vin +、Vin -依次串联，每一行磁电阻传感器的输出电极Vout +、Vout -通过门控开关与同一行其他磁电阻传感器依次串联，当门控开关(2)闭合时，与相连的磁电阻传感器的信号输出电极Vout +、Vout -接通，当门控开关(2)打开时，磁电阻传感器断开连接，磁电阻传感器两侧的门控开关短接。
如图1及图2所示，当磁电阻传感器(1)组成的阵列处于外磁场环境中时，会感应到外磁场并发生电阻变化，磁电阻传感器的电阻变化率与外磁场成正比关系。当偏置控制电路(3)为磁电阻传感器阵列中某一列磁电阻传感器提供电流偏置时，该列磁电阻传感器的输出电极Vout +、Vout -输出电压信号，同时与该列磁电阻传感器相邻的门控开关2闭合，输出电压信号传递至信号读出电路(4)并被读出，待该列磁电阻传感器的输出信号读取完毕，偏置控制电路(3)转为向下一列磁电阻传感器提供电流偏置；待磁电阻传感器阵列中所有磁电阻传感器的输出信号读取完毕，信号读出电路(4)将所有采集信号传递至计算机，并通过电压-磁场转换关系：
Figure BDA0003753634450000041
计算得出阵列中所有磁电阻传感器所在位置的磁感应强度，并根据磁电阻传感器阵列所在的空间平面计算得出空间平面磁场分布。公式中ΔV为输出电压信号，B为外磁场，
Figure BDA0003753634450000042
为磁电阻传感器的磁场灵敏度。
如图1及图2所示，所述的磁电阻传感器(1)采用各向异性测电阻或巨磁电阻或隧道磁电阻制备，所述的磁电阻传感器(1)阵列及门控开关2均采用光刻工艺制备。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种空间磁场面探测器，其特征在于：包括，若干磁电阻传感器(1)、若干门控开关(2)、偏置控制电路(3)以及信号读出电路(4)，其中，
各所述磁电阻传感器(1)组成正方形网格阵列，每一个磁电阻传感器(1)有两个偏置电极和两个信号输出电极，每一列磁电阻传感器(1)的偏置电极按照磁电阻传感器的排列顺序依次串联，在各所述磁电阻传感器(1)组成的正方形网格阵列中，每一行磁电阻传感器(1)的输出电极通过对应的门控开关(2)与同一行其他磁电阻传感器依次串联；所述门控开关(2)为双向开关，当门控开关(2)闭合时接通磁电阻传感器(1)的信号输出电极，当开关打开时与磁电阻传感器(1)断开连接并与磁电阻传感器(1)另一侧的门控开关(2)短接；所述的偏置控制电路(3)的输出端与每一列磁电阻传感器首尾的两个偏置电极相连，并控制为磁电阻传感器提供偏置电流；所述的信号读出电路(4)的输入端分别连接每一行磁电阻传感器(1)首尾的两个输出电极，并控制测试磁电阻传感器(1)的输出电压。
2.根据权利要求1所述的空间磁场面探测器，其特征在于：所述的偏置控制电路(3)用于为磁电阻传感器(1)提供电流偏置，所述的信号读出电路(4)用于为磁电阻传感器(1)提供输出信号检测。
3.根据权利要求2所述的空间磁场面探测器，其特征在于：所述磁电阻传感器(1)阵列处于待测磁场空间时会感应到外磁场并产生电阻变化，当偏置控制电路(3)为磁电阻传感器(1)阵列的其中一列磁电阻传感器提供电流偏置时，与该列磁电阻传感器相连的门控开关(2)闭合，其余门控开关(2)处于打开状态，信号读出电路(4)依次读出该列磁电阻传感器的电压输出信号，并通过电压-磁场转换关系计算得出外磁场。
4.根据权利要求3所述的空间磁场面探测器，其特征在于：所述偏置控制电路(3)按照顺序依次为磁电阻传感器(1)阵列的每一列提供电流偏置，获得磁电阻传感器(1)阵列所在空间平面的磁场分布。
5.根据权利要求1所述的空间磁场面探测器，其特征在于：所述的磁电阻传感器(1)采用巨磁电阻或隧道磁电阻制作。
6.根据权利要求1所述的空间磁场面探测器，其特征在于：所述磁电阻传感器(1)及所述门控电路(2)采用光刻工艺设计加工。
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