低功耗微型磁通门的制备与分析

针对微型磁通门传感器降低功耗的要求,利用标准MEMS工艺制备了具有多孔结构铁芯的微型磁通门传感器.经过对器件的测试与分析,这一结构的铁芯能够降低器件功耗,提高传感器的整体性能.通过比较不同多孔铁芯对磁通门最佳激励电流的影响,综合考虑器件性能和制备工艺的要求,确定了最佳的设计参数.     

微型正交激励磁通门结构设计

利用三维电磁场仿真软件对线-芯结构微型正交激励磁通门进行了仿真分析。研究了不同频率下激励线宽度、铁芯宽度、激励线厚度、铁芯厚度等磁通门结构参数对铁芯饱和情况的影响。以减小激励电流、降低磁通门功耗为目标,讨论了采用线-芯结构的微型正交激励磁通门所应选择的结构尺寸。采用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)工艺制备了这种结构尺寸的微型磁通门传感器并对其进行了测试,采用尖脉冲激励时,其可以以1.7 mW的超低功耗得到91.6 V/T的输出灵敏度。     

长条形阵列铁芯磁通门性能研究

为了提高微型磁通门传感器的性能,改进铁芯结构,基于MEMS工艺制作了35组不同结构的长条形阵列铁芯。利用双铁芯线圈结构磁通门对制作的35组长条形阵列铁芯进行了磁通门性能指标的测试,分析了长条形阵列铁芯排列密度以及单条铁芯宽度对磁通门最佳激励电流、线性范围、灵敏度以及噪声的影响规律。研究结果表明,当单条铁芯相邻宽度为35μm以及单条铁芯宽度为60μm时,长条形阵列铁芯的磁通门综合性能指标优于传统薄膜铁芯的磁通门性能。     

微型磁通门的优化分析与性能测试

对铁芯结构的改进有利于满足微型磁通门传感器降低功耗的要求,但不同的拓扑结构所取得的效果不同,为此对铁芯结构进行了优化分析,并采用MEMS工艺制备了不同铁芯结构的微型磁通门进行性能测试与对比验证.测试结果表明,优化后的多孔铁芯结构能更好的降低微型磁通门传感器的功耗与噪声,提高灵敏度,改善器件的整体性能.     

微型磁通门铁芯结构的拓扑分析与优化

多孔铁芯有利于满足微型磁通门传感器降低功耗的要求,但不同的拓扑结构所取得的效果不同,对多孔铁芯结构进行了拓扑分析与针对性优化,并采用微机电系统(MEMS)工艺制备了不同铁芯结构的微型磁通门进行性能测试与对比验证.实验结果证明:优化后的铁芯结构能更好地降低微型磁通门传感器功耗,提高器件整体性能.     

基于多孔铁芯的微型磁通门低功耗技术研究

微型磁通门的功耗主要由最佳激励电流决定,多孔结构铁芯能够减小微型磁通门传感器的最佳激励电流,从而有效降低功耗。采用Magnet有限元仿真软件,建模分析多孔结构铁芯对微型磁通门最佳激励电流的影响,并总结了相关规律,结合MEMS的工艺,对孔的尺寸做出了设计。将实测结果和仿真结果进行对比,验证了这一规律的有效性,从而能够较好的估算孔的尺寸对最佳激励电流的影响,为模型的进一步完善和微型磁通门的结构设计提供理论和实验依据。     

微型磁通门传感器的低功耗结构设计

微型磁通门的功耗是影响其整体性能的关键因素.要降低功耗必须保证器件的薄膜铁芯能够在较小的激励电流下进入饱和状态,为此,可以通过降低铁芯的饱和磁场强度Hs来实现这一目标.设计了一种具有多孔结构薄膜铁芯的微型磁通门,经过有限元仿真分析发现,多孔结构能够降低磁通门铁芯的饱和磁场强度Hs,从而获得较小的饱和激励电流,在保证微型磁通门灵敏度的同时,有效降低器件功耗.     

基于Maxwell与Simplorer仿真分析磁通门磁场传感器瞬态响应

为分析磁通门磁场传感器的工作原理,基于Maxwell和Simplorer软件建立了磁通门磁场传感器的电磁联合仿真模型,仿真了磁通门非线性激励电路中电流波形和磁通门传感器的瞬态响应过程,分析计算了磁通门二次谐波灵敏度以及磁通门传感器的转换系数.为验证仿真模型的准确性,利用钴基非晶薄片制作了磁通门传感器探头并利用开关电源驱动电路激励磁通门工作.实际测量的激励电流波形与仿真结果基本一致,磁通门二次谐波灵敏度的测量值与仿真值误差小于1.1%.测量磁通门的频率响应曲线得到磁通门的转换系数为100 mV/μT,与仿真值几乎完全一致,两者误差小于1.5%.该仿真模型对理解磁通门传感器的工作原理、瞬态响应过程以及指导微型磁通门传感器设计具有重要意义.     

新型环形同点单铁芯双分量磁通门传感器

双分量磁通门传感器在金属磁记忆检测中得到广泛使用,且使用的双分量磁通门传感器为双铁芯式跑道型设计的磁通门传感器。由于传感器中的双铁芯磁参数不一致、铁芯不闭合的原因,产生变压器效应,形成了测量噪声。双分量磁通门通常由两个磁通门传感器平行放置而成。因此,由于传感器铁芯参数,线圈参数不可能完全一致所造成的传感器之间的一致性差,而且双分量或多分量磁通门传感器存在着几何中心不重合的问题。本文研究设计了新型双分量磁通门传感器,采用环形铁芯设计,直接应用单铁芯调理双方向的磁通门信号,改善了双分量传感器的一致性差、几何中心不同点的问题,有效的抑制了变压器噪声,提高了磁通门传感器的测量中的测量准确度,减少了测量误差。     

铁芯参数对磁通门输入输出特性影响分析

针对磁通门需要什么参数的软磁铁芯的问题,在分析磁通门数学模型基础上,得出了正弦激励条件下磁通门的最佳激励磁场为铁芯饱和磁场强度的槡2倍;以带磁滞的双曲正切函数拟合软磁材料磁滞回线,分析了饱和磁感应强度、饱和磁场强度、矫顽力、矩形比和退磁系数对输出二次谐波幅值和激励电流的影响,得出高灵敏度磁通门铁芯应具有高磁导率和矩形比,低饱和磁场强度、矫顽力和退磁系数;低功耗磁通门铁芯应具有高磁导率,适当的矩形比,低饱和磁感应强度、饱和磁场强度、矫顽力和退磁系数;最后通过对比两组六种不同铁芯的磁滞回线和双铁芯磁通门输入输出特性,验证了以上结论的正确性。     

Low power integrated fluxgate sensor with a spiral magnetic core

Facing the new integrated applications, coordination between three parameters of the micro fluxgate sensor, namely, sensitivity, power consumption and operation range, is the key to make the applications come true. This paper reports a new low power micro integrated fluxgate sensor with low cost solution. A spiral electroplating permalloy magnetic core is introduced to reduce excitation current. Due to the design of little coils resistance and thick magnetic core, the fluxgate sensor exhibits a power consumption of 7.35 mW, a sensitivity of 117 V/T and a linear range of −200 to 200 μT. Compared with the constant-width magnetic core and the multi rectangular ring magnetic cores, experiment results show that the spiral magnetic core benefits both smaller excitation current and higher sensitivity. The newly developed fluxgate sensor maintains high sensitivity and wide linear range with low power consumption.     

Improved micro fluxgate sensor with double-layer Fe-based amorphous core

A rapid manufacturing process for the micro solenoid fluxgate sensor integrating multilayer amorphous ribbon core has been established, which combines the micro assembling method and the MEMS technologies. We select Fe-based amorphous soft magnetic ribbons for core materials and have fabricated the micro fluxgate sensors by MEMS technologies, with single-layer core and double-layer core respectively. The micro fluxgate sensors with double-layer core show the advantageous to that with single-layer core and exhibit sensitivity of 1089.2 V/T at excitation current of 120 mA rms, wide linear range of ?900 to 900 μT and power consumption of 24.48 mW. The noise power density of the single core fluxgate sensor is 2.48nT/Hz^1/2@1 Hz.     

一种交流激励电容测量电路的性能测试

差动电容传感器已广泛地应用于压力、压差、位移、加速度、振动等非电量的精密测量,参比电容传感器有望用于煤粉浓度测量等领域,而微小电容测量电路是电容传感器应用中的核心和关键技术。微小电容测量的难点在于杂散电容的存在以及电磁干扰,而交流激励电容测量电路可以采用调制解调方式将缓慢变化的电容传感器信号调制在激励源提供的高频载波上,有效抑制同频干扰,工频干扰,运算放大器的失调电压和失调电流,电阻电容等器件的低频噪声干扰。在活塞压力平台上对交流激励电容测量电路进行了性能测试。结果表明,交流激励电容测量电路迟滞误差为0.19%,非线性误差为0.23%,重复性误差为0.29%,可应用于参比电容传感器测量系统。     

MEMS micro fluxgate sensors with mutual vertical excitation coils and detection coils

As a classic Earth magnetic field sensor, fluxgate magnetic sensors have great potential applications in many fields. This paper presents a new 3D micro-solenoid fluxgate magnetic sensor based on the MEMS technique. The excitation coils were placed vertically to the detection coils on the chip plane, around a rectangular shaped magnetic core. Polyimide was used to insulate coils and magnetic core. Width of copper conductor lines is 50 μm, and line space is 50 μm. The design of such fluxgate magnetic sensor followed second harmonic signal selecting method. Phase-lock amplifier was used to get second harmonic signal output by detection coils. The linear range of 0–80 μT with sensitivity of 6.7 V/T was achieved from the fabricated sensor with excitation current of 430 mA and the operational frequency of 40 KHz. As the excitation current was 470 mA, linear range of 0–50 μT with sensitivity of 21.7 V/T was achieved.     

非导磁金属隔层对差动变压器式位移传感器的影响

针对加入到差动变压器铁芯和衔铁之间的非导磁金属隔层对差动变压器式位移传感器性能的影响进行了研究.通过分析非导磁金属隔层上产生的电涡流得到加入非导磁金属隔层后差动变压器式位移传感器输出模型,应用MATLAB仿真得到非导磁金属隔层电导率、线圈激励频率和隔层与线圈距离对传感器性能的影响;对加入非导磁金属隔层后的传感器进行静态...     

微型氢气传感器的结构设计与仿真分析

基于金属氧化物半导体气体传感器的工作机理,提出了一种微型氢气传感器结构设计。针对几个主要设计参数,利用有限元分析软件ANSYS对这种结构进行了热分析。通过分析和比较,完成了对微型氢气传感器结构的优化设计,并对优化后的传感器进行了瞬态分析。分析结果表明:所设计的传感器结构符合设计要求。     

新型传感器部件——可移动铁芯的微型线圈

介绍一种新型的传感器部件 ,具有可移动铁芯的微型线圈。这种线圈是通过移动穿过线圈的铁芯 ,来改变线圈的磁感应强度。它具有灵敏度高、线性度好、体积小、使用方便等特点。适合应用于位移传感器和角度传感器