一种磁性薄膜石英音叉复合磁传感器研究.pdf

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1、2010年第29卷第1期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)117一种磁性薄膜／石英音叉复合磁传感器研究曾婕，文玉梅，李平，栗建中，张小花(重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400044)摘要：针对磁电层复合式磁传感器Q值低的问题，提出一种磁性薄膜与石英音叉复合的磁传感器结构，通过测量音又谐振频率变化量或Q值变化量达到检测静磁场的目的。采用有限元方法对磁性薄膜的位置进行了分析，发现薄膜复合于音叉侧臂顶部有最灵敏的磁场探测能力，并进行了实验验证。实验结果表明：测量Q值变化量比测量谐振频率变化量

2、更优，最大灵敏度为119．471／mT，测量Q值分辨率为1，石英音叉Q值稳定度为20×10时，该磁传感器结构对磁场的分辨率为1OT，敏感结构在零偏置磁场时Q值达2000左右。关键词：磁性薄膜；石英音叉；有限元分析；谐振频率；Q值中图分类号：TP212．13文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)01-0117--04Researchonmagneticsensorbasedonmagnetic·film／tuningforkZENGJie，WENYu—mei，LIPing，LIJian—zhong，ZHANGXiao—hua(KeyLaboratory

3、ofOptoelectronicTechnologyandSystemoftheEducationMinistryofChina，CollegeofOptoelectronicEngineering，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China)Abstract：Atuningforkmagneticsensorstructureisdesignedbyusingonechipmagnetic—filmcompoundwithquartztuningforktosettletheproblemoflowQvalueinmagne

4、tic—electriclaminationmagneticsensor．ThestaticmagneticfieldisdetectedthroughmeasuringthechangeofresonantfrequencyorQvalue．Thecompoundpositionoffilmisanalyzedusingthefiniteelementanalysis．Themostsensitivecompoundpositionisthetopofthetuningforksidearm，andtheexperimentproofisproceed．Exper

5、imentresultindicatesthatthemeasuredQvalueisbetterthanmeasuredfrequency，thehighestsensitivityofQvalueis119．471／mT，andtheresolutionofthemagneticfieldcanreach10TwhentheresolutionofQvalueis1andtheQvaluestabilityoftuningforkis20X10～．theQvalueisabout2000atzerobiasmagneticfiled．Keywords：magne

6、tic—film；quartztuningfork；finiteelementanalysis；resonantfrequency；Qvalue0引言似超声变幅杆的弹性基底上，构成一种三相磁电复合结构，磁传感器是发展高水平控制系统的关键器件之一，其利用弹性基底的聚能和谐振作用，以提高磁电式传感器的应用领域包括电机控制、工业机器人、医疗电子、自动化等。灵敏度，但存在Q值低的问题，设计一种具有更高Q值的常用的磁传感器包括磁通门、霍尔元件、巨磁电阻元件、磁磁传感器成为必然。电谐振元件等。磁电谐振式磁传感器是近年来磁传感器领石英音叉在真空中Q值高达几万，在空气中也能达到域的

7、热点内容。2004年，文献[1]采用环形超磁致伸缩材8000左右，正是它的这个特性，保证了结构有很高的灵敏料Terfenol—D和压电材料(PZT)，对Terfenol—D／PZT／Ter-度，而且，其体积小，尺寸为mm量级，易于实现微型化。石fenol—D”三明治”结构复合磁传感器进行了研究，分辨率达英音叉在原子力显微镜和磁力显微镜领域已得到很好的利1OT，该磁传感器不能用于静磁场的探测。2005年，文献用’，但在磁传感器领域却未见有文献报道。本文提出[2，3]研究了磁致伸缩材料和石英／LiNbO构成的复合磁一种由磁性薄膜与石英音叉构成的高Q值复合磁传感器传感