基于GMR磁传感器的油液铁磁性磨粒在线监测实验研究

为实现对油液中铁磁性磨粒的在线监测,设计搭建一套在线监测装置;基于GMR磁传感器芯片可有效检测微弱磁场的特点,利用GMR磁传感器监测单个铁磨粒被磁化后的剩余磁场;采取"模拟在线"的形式,从GMR磁传感器输出的磁场信号中获取磨粒信息。通过优化装置和试验参数,研究温度、磨粒运动速度对测试系统输出结果的影响,探讨传感器的磨粒检出能力及检出结果的一致性。试验结果显示:在95℃以内的温度和5 cm/s以内的磨粒运动速度条件下,传感器的输出值基本不受影响;运动速度一定时,装置对不同粒度的磨粒输出一致性良好。试验初步表明了GMR磁传感器可用于油液铁磁性磨粒的在线监测,可有效检测出尺寸在75μm以上的铁磨粒。     

基于巨磁电阻(GMR)效应的生物分子识别器件研究

对基于巨磁电阻(GMR)效应的生物分子识别器件的结构和微加工,以及检测原理、检测方法进行了介绍,构建了对应于这种生物分子识别器件的信号检测和处理系统.采用微细加工的方法制成了基于巨磁电阻(GMR)效应的生物分子识别器件,生物分子识别器件的结构是多个磁隧道结组成的传感器阵列,单个磁隧道结尺寸为10μm×20μm,退火后磁阻效应可达86.5‰,检测灵敏度可达8×10-4 A/m,采用厚度小于100nm的PDMS作为器件的生物适应层,可将检测信号提高27倍以上.基于巨磁电阻(GMR)效应的生物分子识别器件主要应用于基因分析、医学诊断、免疫分析和药物筛选等领域.     

巨磁电阻传感器对铁磁流体的动态检测

研究一种集成微流道的巨磁电阻(GMR)传感器对铁磁流体的动态检测.利用SU-8胶和PDMS键合在巨磁电阻传感器上集成微流道.铁磁流体为直径10 nm的Fe304悬浮溶液.巨磁电阻传感器通过直接测量铁磁流体流过有效检测区域时磁珠的感应场,实现对铁磁流体的动态检测.为使检测的灵敏度最大,综合考虑了外加磁场对传感器灵敏度和磁...     

GMR生物传感器研究进展

巨磁电阻(GMR)生物传感器以其IC兼容性、高灵敏度、标记稳定、价格低廉等优点,获得广泛关注.在GMR生物传感器研究领域,美国处于领先地位.对该领域的研究现状进行综述,并对该技术的前景进行展望.     

基于ACFM的隔水管表面裂纹链式阵列检测探头设计与试验研究

隔水管是海洋钻井的关键设备,由于经受复杂交变应力和腐蚀环境,隔水管很容易产生应力腐蚀裂纹。针对海洋钻井隔水管应力腐蚀裂纹的特点,提出一种基于交流电磁场检测(Alternating current field measurement,ACFM)的链式阵列检测探头,建立针对隔水管表面裂纹的ACFM仿真模型,提取裂纹特征信号并分析U形载流磁心激励区域和裂纹区磁场影响范围,为阵列探头设计提供理论支持,在此基础上利用巨磁电阻(Giant magneto resistance,GMR)传感器设计基于ACFM的隔水管表面裂纹链式阵列探头检测系统,并开展隔水管裂纹检测试验。仿真和试验结果表明:单个U形磁心的激励区域为+/-40 mm,阵列激励磁心的设计间距应不大于80 mm;裂纹上方畸变磁场影响区域为+/-5 mm,传感器排布间距应不大于10 mm;利用GMR传感器设计的链式阵列ACFM探头可快速大面积定量、定位检测隔水管表面裂纹。     

基于GMR纳米薄膜的磁场传感器研究

通过高真空磁控溅射、离子束刻蚀、光刻、铝引线溅射、正胶剥离等工艺,制造了用GMR纳米薄膜作为核心部分的磁场传感器.经过退火工艺后的GMR薄膜的磁电阻变化率为7.91%,矫顽力为0.054π×103A/m(0.05Oe).用这种GMR薄膜制备的磁场传感器的线性区域为-154π×103～154π×103A/m,输出线性度为0.9993.这种高线性度的磁场传感器在汽车工业和自动化控制系统等领域中起到举足轻重的作用.     

非线性磁阻抗传感器检测方法研究

为解决磁阻抗效应的偶次非线性问题,提出自平衡式传感信号检测方法。通过交流偏置磁场及检波处理,传感器的输出具有奇次特性,无需直流偏置就能反映磁场方向;再引入PI控制器构成闭环检测系统,系统达到稳态时反馈磁场与外磁场抵消,实现自平衡式检测,消除传感器的非线性。使用薄膜电感磁传感器进行实验验证,传感器自平衡检测方法输出呈良好的线性特性,非线性度仅为0.82%,有效测量范围扩大了一倍。在不同交流偏置下,输出特性仍保持高度一致,各输出间相关系数均在0.999 9以上。交流偏置自平衡式检测适用任何非线性磁传感器,消除各种非线性特性得到高线性度的传感输出。     

基于霍尔传感器的磁场检测方案

介绍一种基于霍尔传感器的磁场检测方案,通过测量霍尔电动势来测定磁场.采用恒流源输入,使传感器的输出由磁场的磁感应强度唯一确定.通过温度补偿电路减小温度对测量的影响,保证测量的线性度,通过电路调零抑制背景噪声,得到了更加精确的测量结果.     

AD590温度传感器在远方检测中的应用

AD590是一种两端的IC温传感器,它产生的输出与绝对温度成正比。外加 4V～ 30V之间的电压时,这种器件(具有很高的阻抗)能提供1μA/K恒流电流。芯片上的薄膜电阻通过激光调整使这种器件能在298.2K( 25℃)输出 298.2μA电流。     

高精度电压气象信号产生电路设计

针对电压型气象传感器（湿度传感器HMP45D、辐射传感器TBQ-2B和气压传感器PTB220）输出信号的特点,以低功耗处理器、新型DAC、低失调电压的信号调理电路为核心,设计了一种可程控的高精度电压气象信号产生电路,模拟传感器的输出信号,为自动站采集器的故障判断和检定提供标准的气象信号源。设计上分别采用总线隔离技术、电源隔离技术和软件补偿等措施,提高了模拟信号的精度。测试表明：该电路工作稳定,输出电压精度高,误差小于10μV。     

电磁MEMS磁珠操控微线圈三维磁场数值计算与模拟

磁珠具有偶联容量高、比表面积大、易于操控等特点,基于磁珠技术的电磁MEMS可实现磁珠液滴非接触式操控,其微线圈三维磁场分析是磁珠操控优化设计的基础.对静态液体磁珠操控进行了理论分析,确定了影响磁珠操控的主要因素,并应用毕奥-萨伐尔定律和积分方程法,对关键部件微线圈的三维微磁场分布特性进行了分析.运用成熟的商业有限元分析工具Ansys建模分析微线圈三维静态磁场,所得结果与数值计算方法进行了比较,表明所用方法对于磁珠微系统三维恒定磁场的分析是可行的.     

磁珠分离式样品提取微流控芯片的磁珠运动速度建模及特性研究

为提高磁珠分离式生物医学样品的提取效率,采用永磁和软磁体相结合的磁场设计结构,提出一种新型磁珠分离式样品提取微流控芯片。利用静磁学和流体力学基本原理推导出流场中磁珠运动的速度模型,通过多物理场耦合仿真软件对流场中磁珠运动规律进行瞬态仿真,分析软磁体的结构和分布对微流道内磁珠的水平分速度以及竖直分速度的影响关系,计算不同设计结构所允许的磁珠完全吸附时微流道中最大允许流量。结果表明,增大软磁体的厚度可以快速减小磁珠水平运动的速度,并减小其在垂直方向上的波动,且在双软磁体作用时,软磁体的间距越大,水平方向和垂直方向的速度波动越大;间距越小,磁珠粒子速度稳定的时间越短。     

交流励磁三维定位系统中磁传感器设计

交流励磁定位系统可以对介入式微型医疗装置在人体内的三维位置实现非接触式遥测。在定位系统中，为了测量磁场分布范围宽、下限磁场微弱的交变磁场，本文设计开发了感应线圈式磁传感器。根据电磁感应原理，感应线圈先将交变的磁信号转换为电信号，再通过后级信号处理电路在强大的噪声背景中提取出有用的电信号，结合传感器的输入输出特性，即获得待测磁场大小。实验结果表明：磁传感器能准确测量微弱交变磁场，且具有宽测量范围、高分辨率、高稳定性和高精度的优点。磁传感器还能适用于一切非导磁环境中跨度大的交变磁场的测量，具有通用性。     

基于Kp微扰算法的磁场中MMM信号特征的研究

金属磁记忆(MMM)法可以对铁磁性金属构件微观损伤区域进行早期预判和评估,但是磁记忆信号很容易受到外界强磁场的干扰,给检测结果带来偏差。为研究磁场强度对磁记忆信号的影响规律,采用Kp微扰算法,在K空间,通过有效玻尔磁子数p建立多元超原胞磁力学模型,计算在外界磁场作用下,磁力学定量变化关系。研究结果表明,在外界磁场作用下,电子轨道运动增强,晶格结构发生畸变,原子磁矩增大。当磁场较小时,磁记忆信号随外界磁场强度增大而线性增大;当磁场强度达到临界值时,原子磁矩近似等于独立原子的磁矩,磁记忆信号趋于定值;当磁场强度大于临界值以后,应力集中区的磁记忆信号将被磁场覆盖。磁记忆检测实验结果与理论分析结果具有很好的一致性。     

铁磁构件内外表面裂纹低频漏磁检测技术研究

针对承压设备中铁磁性构件内外壁损伤检测问题,发展了一种低频漏磁检测技术。对低频漏磁信号进行分析处理,提取出的低频漏磁信号的幅值和相位信息,用于铁磁构件内外表面损伤检测与定量评价。通过数值仿真和检测实验,研究了裂纹深度和位置(上表面或下表面)的裂纹对漏磁场特征参数空间分布的影响。结果表明,漏磁信号的幅值特征参数和相位特征参数均可用于铁磁性构件上下表面一定深度范围内裂纹检测及定量表征,但两个参数对不同位置及深度范围内裂纹检测的敏感性不同。当裂纹位于试件上表面时,幅值特征参数对裂纹深度变化更敏感;而当裂纹位于试件下表面时,相位特征参数对裂纹深度变化的敏感性更高。本文研究工作为承压设备中铁磁性构件内外壁损伤检测做了有益探索。     

基于气隙磁场分层耦合的直线时栅位移传感器研究

针对前期研制的电磁式直线时栅位移传感器高信噪比和高时间插补分辨力难以兼顾的问题,设计了一种提高传感器信噪 比的新传感器结构,另外提出了一种高信噪比、高时间插补分辨力的测量新方法,并研制了基于气隙磁场分层耦合的直线时栅位 移传感器。 建立传感器气隙磁场数学模型,分析气隙磁场空间分布特性,研究平面线圈气隙磁场分层耦合的原理;根据气隙磁场 分层耦合原理,建立传感器气隙磁场分层耦合位移测量模型;对传感器测量模型进行电磁场仿真和误差分析;最后,搭建实验平台 进行对传感器的性能进行测试。 实验结果表明,采用气隙磁场分层耦合的结构提高了传感器的信噪比,传感器的测量精度在原有 的基础上提高了 31. 4% ;采用的高信噪比和高时间插补分辨力测量方法,传感器的测量精度在原有的基础上提高了 37. 3% 。     

Cell membrane deformations under magnetic force modulation characterized by optical tracking and non-interferometric widefield profilometry

We measured cell membrane deformations under the modulation of piconewton magnetic force by using optical tracking and noninterferometric widefield optical profilometry. The magnetic force was applied to fibronectin-coated paramagnetic beads that bound to transmembrane protein integrins. At an image-acquisition rate of 20 frame/min, optical tracking provided positioning accuracy better than 70 nm for bead displacements on cell membranes, and optical profilometry obtained membrane topography with 20 nm depth resolution. We elucidated the correlation between the bead movements and membrane deformations. When the magnetic force dominated the bead movements, the membrane arose in front of the bead and the height increased with the bead velocity. On the other hand, when the bead was mainly driven by the cytoskeletons, the membrane profiles showed no relevance to the motion of the bead. In this case, the bead moved faster on smooth membranes. A model based on the dynamics of actin cytoskeletons is proposed to explain these observation results.     

激光透射法磁珠浓度测量系统

磁珠广泛应用于免疫检测、细胞分离等生物实验中,磁珠浓度的检测对于评价实验效果具有重要意义。本文提出了基于激光透射法的双光路磁珠浓度测量系统,通过测量入射激光强度与透射激光强度的比值来确定磁珠浓度。利用该系统对多个浓度的磁珠悬浊液进行了实验测量,每个浓度下测量多组实验数据,共采集了8 000组数据。通过拟合测量数据,建立了磁珠浓度与测量值的关系函数,二者呈现指数函数关系,拟合残差平方和为0.000 088 89,确定系数可达0.997 1,说明函数具有良好的拟合性能。实验结果表明,相对测量误差在2.5%以内,输出值相对波动范围在2.5%以内,测量系统具有较高的测量精度和良好的重复性。     

国外巨磁阻抗传感器检测电路技术的发展动态

基于非晶态合金材料巨磁阻抗(GMI)效应和非对称巨磁阻抗(AGMI)效应磁传感器是近20年来磁传感器技术领域的研究热点之一。一些国外学者认为非晶态合金材料适合于制作能同时满足分辨力高、响应速度快、功耗低等要求的微磁传感器。然而,迄今为止,国外研发的绝大多数高分辨力GMI磁传感器仍停留在原理样机阶段,其主要技术指标甚至低于商品化各向异性磁阻(AMR)和巨磁电阻(GMR)磁传感器。简要叙述了非晶态合金材料的GMI效应和退火处理对GMI效应的影响,重点介绍了国外研发的各种不同类型的基于非晶丝(带)的GMI磁探头、模拟信号检测电路及其参考性能指标,并探讨了研发高灵敏度GMI磁传感器的关键技术。