基于巨磁阻抗效应的弱磁敏感技术研究

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1、分类号：TJ61+7密级：公开UDC：537编号：S2016-710-02中国舰船研究院硕士学位论文基于巨磁阻抗效应的弱磁敏感技术研究作者：杨志成指导老师：杨昌茂研究员学科专业：检测技术与自动化装置宜昌测试技术研究所二〇一六年二月分类号：TJ61+7密级：公开UDC：537编号：S2016-710-02硕士学位论文基于巨磁阻抗效应的弱磁敏感技术研究SensingTechnologyofWeakMagneticFieldBasedonGaintMagnetoImpedanceEffect指导教师姓名：杨昌茂职称：研究员

2、学位申请人姓名：杨志成申请学位级别：工学硕士专业名称：检测技术与自动化装置研究方向：磁场探测与信息技术论文提交时间：2016年2月培养单位：宜昌测试技术研究所学位授予单位：中国舰船研究院学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文所有研究工作，均在导师指导下由作者本人独立完成。引用的有关观点、方法、数据和文献已在论文中注明，并与参考文献对应。除论文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经公开发表的研究成果。对本文研究作出任何贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式注明并表示感谢。学位论文作者签名：日期：年月

3、日摘要随着新型磁性材料的发展，磁传感器的种类得到了极大地丰富，同时，人们对于磁传感器灵敏度、功耗、体积等性能指标有了更高的要求，现有磁传感器已经越来越难以满足这些指标要求，因此需要研发新型磁传感器。巨磁阻抗（Ganitmagneto-impedence，简称GMI）效应是Mohri教授等人在20世纪90年代初期研究非晶丝特性时发现的，这种效应是指某些软磁材料的交流阻抗随外界磁场变化而变化的现象。利用GMI效应制作的磁传感器具有高分辨力、低功耗、小体积等优点，可广泛应用于导航、定位、流量检测等领域，引起了人们的极大关注

4、。本文以863课题为依托，以GMI效应为理论基础，对弱磁敏感技术进行了研究。首先，以简化GMI模型为基础，通过磁化运动方程求解磁导率张量，并将其代入到Maxwell方程组中，利用电磁波在非晶丝表面传播时的传播特性，求解出非晶丝阻抗的数学表达式，确定影响GMI效应的因素及影响的机制。依据GMI效应理论及数学模型，分析了GMI效应中阻抗变化率与激励方式、激励频率、非晶丝等效磁场、探头规格、外界磁场等参数的关系。其次，建立传感器总体结构框图，求解出传感器输出传递函数、误差传递函数。根据总体结构分别设计传感器探头及相关电路，

5、其中“环向激励+非对角提取”形式的差分式探头结构，既提高了GMI传感器的灵敏度，又抑制了其共模噪声，含PI控制器的闭环反馈结构提高了传感器的工作范围及线性度，大大提高了传感器性能。为了能够快速对传感器参数进行调节，设计了一套传感器特性测试装置，该装置不仅可以快速获取传感器工作特性曲线和参数，还可以根据传感器输出特性快速对其进行筛选，增强了传感器的工程实用性。最终，对GMI传感器进行了测试，测试结果表明，本文设计的GMI-4-4传感器工作范围可达-10T～10T，灵敏度为41.7μV/nT，非线性度为1.03%FS，D

6、C～40Hz内的时域噪声峰峰值为2.5nT。由测试结果可知，该GMI传感器可广泛应用弱磁场测量领域。关键词:巨磁阻抗效应；磁传感器；非晶丝；弱磁场测量IAbstractWiththedevelopmentofnewmagneticmaterials,thetypesofmagneticsensorhasbeengreatlyenriched,atthesametime,thesensitivity,powerconsumption,sizeandotherperformanceindicatorsofthemagne

7、ticsensorhavebeenhighlyrequired.ithasbecomeincreasinglydifficulttomeettheserequirementsbyusingthetraditionalsensors,likethehallsensorandthefluxgatesensor.Thegiantmagnetoimpedance（GMI）effectisaneweffectdiscoveredbyMohrietal.Intheearly1990s,thiseffectisthephenome

8、nonthattheACimpedanceofamorphousalloychangeswiththechangeofexternalmagneticfield.ThemagneticsensorbasedontheGMIeffecthastheadvantagesofhighresolution,lowpowerconsumptionands