一种新型的纳米巨磁阻抗磁敏传感器

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1、29662004功能材料年增刊（35）卷*一种新型的纳米巨磁阻抗磁敏传感器11.21.21.21222吴志明，杨燮龙，杨介信，戴文恺，赵振杰,俞建国，丁永芝，丁浩(1.华东师范大学纳米功能材料与器件研究中心,上海200062；2.上海华泰纳米磁敏器件研究所,上海200062)摘要：主要介绍纳米微晶材料的巨磁阻抗效应及利用该效应研制的一种新型的磁敏传感器。它以脉冲频2纳米微晶材料的巨磁阻抗效应率的方式作为输出结果，与传统的磁敏传感器相比，图1显示了用四探针法测定材料巨磁阻抗效应具有高灵敏度、便于数字化测量等优点，在地磁测量、的简图。当样品通过一定频率（几百kHz-几百MHz）磁航向等

2、方面有良好的应用前景。的交变电流时，在外磁场Hex的作用下，样品两端的关键词：磁敏传感器；巨磁阻抗效应；频率测量交变电压会发生很大变化。图2显示了纳米微晶材料中图分类号：O472文献标识码：A在不同热处理和测试条件下所观察到的磁阻抗谱。论文编号：1001-9731（2004）增刊1引言[1]巨磁阻抗效应（GiantMagneto-impedanceeffect）是指磁性材料交流阻抗随外磁场显著变化的效应。1992年日本名古屋大学K.Mohri首先在Co基非晶丝中观察到一种磁灵敏现象，即在几个奥斯特磁场下材料的阻抗变化∆Z/Zo高达50%，比金属多层膜Fe/Cu或Co/Ag在低温、高

3、场下观察到的巨磁阻效应图1巨磁阻抗效应测试简图高一个数量级。随后人们还发现如果适当控制铁基纳Fig1SchemeformeasuringGMI米微晶材料的磁结构和电流驱动方式，可以观察到更[2,3]显著的巨磁阻抗效应，并且在热稳定性和性价比上优于Co基非晶，具有很强的竞争力。目前，纳米巨磁阻抗材料在磁敏传感器中的应用已引起人们的广泛关注。国际上报道的磁敏传感器大[4]都以电压幅度变化的方式作为输出结果。本文主要介绍一种新型磁敏传感器，它利用材料阻抗随外磁场显著变化的特性，把巨磁阻抗材料构成一个磁敏电感直接用作为振荡器元件，并以脉冲的方式输出。在一定参数条件下，可使输出脉冲的频率与测

4、量磁场大小成线性关系。与传统的磁敏传感器相比，具有高灵敏图2样品(a)横向磁场Hex＝199kA/m退火,(b)未加度、便于数字化测量等优点，尤其在弱磁场测量方面磁场退火的磁阻抗谱有十分诱人的应用前景。Fig2TheGMIspectrums(a)annealedwithtransversalmagneticfieldHex=199kA/m(b)annealedwithoutfield*基金项目：上海市科委科技发展基金资助项目（0211nm077，0352nm060）;国家863项目（2002AA302601）收稿日期：2004-03-10通讯作者：杨燮龙作者简介：吴志明（1981－

5、），男，福建泉州人，华东师范大学物理系在读硕士研究生，研究方向为磁性材料及传感器应用．Tel:021-52510090，Fax:021-52510090，E-mail:xlyang@phy.ecnu.edu.cn万方数据图3显示了用纵向驱动方式测定等效巨磁阻抗[5]3测量频率的磁敏传感器效应的简图。采用图3纵向驱动巨磁阻抗测定法，在不同的驱动频率下，测定了纳米微晶材料在不同磁图5显示了我们根据上述思路设计的新型磁敏场下的等效巨磁阻抗的变化，如图4所示。传感器的模型简图。它基本上是由反相器，磁敏材料，以及少数的电子元件组成的一个调频振荡器，输出脉冲信号，且输出信号的频率会随磁场发生灵

6、敏的变化。从图4的曲线我们看到，磁敏材料的阻抗在零磁场周围变化是很小的，而是要在一定的磁场下才显示出较大的变化。于是，我们在磁敏材料上加一个固定的偏置磁场Hb（例如398A/m），同时调节电路元件图3用纵向驱动方式测定等效巨磁阻抗效应的简图参数，使得传感器工作在对外界磁场变化最为敏感并Fig3Aschematicdiagramofthecircuitusedfor且呈现较好的线性关系的位置。图6是我们研制的一measuringlongitudinallydrivenmagneto-种磁敏传感器，当Hb＝398A/m，f0（变化磁场为零时impedanceeffect的振荡频率）为6

7、65kHz时，测到的一组实验结果。显示了变化磁场与输出信号频率的关系，经拟合，它的线性相关系数可达0.9999。与传统的磁敏传感器相比，它显示出了高灵敏度、便于数字化测量等优点。同时它的结构简单，功耗较小。图4不同驱动频率下，外加磁场与等效阻抗的变化图5磁敏传感器的电路简图关系Fig5ThecircuitschemeofmagneticsensorFig4Impedancesdependenceonexternalmagneticfieldwithdifferentf