In der heutigen Informationsgesellschaft sind Magnetfeldsensoren zu einem unverzichtbaren Grundbestandteil der Informationstechnologie- und Informationsindustrie geworden.
Gegenwärtig sind Magnetfeldsensoren entwickelt worden, die verschiedene physikalische, chemische und biologische Effekte nutzen und in verschiedenen Aspekten der wissenschaftlichen Forschung, Produktion und des sozialen Lebens weit verbreitet sind und die Aufgabe übernommen haben, verschiedene Arten von Information zu erforschen. Die meisten der Magnetfeldsensortechnologien haben jedoch immer noch Probleme hinsichtlich der Empfindlichkeit und des Hysteresefehlers, was ihre praktische Anwendung behindert. Durch Kombination der hohen magnetischen Empfindlichkeit, der geringen Hysterese und der schnellen Reaktion der akustischen Oberflächenwelle eines gitterartigen Eisen-Kobalt (FeCo) -Magnetostriktionsfilms ist es möglich, eine neue Art von schneller, hoher Empfindlichkeit, geringer Hysteresefehler, Stabilität und Zuverlässigkeit zu realisieren. Ein Magnetfelddetektionsverfahren detektiert ein Magnetfeld.
Wang Wen, Ph.D., Forscher des Ultraschall-Technologiezentrums des Instituts für Akustik, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und anderer, fand, dass das Gittermusterdesign des Eisen-Kobalt-Magnetostriktionsfilms eine neue Art von schnell und empfindlich erhalten kann Magnetfelddetektionsverfahren und verbessern den Magnetfeldsensor. Linearität, Konsistenz und Stabilität reduzieren Hysteresefehler und verbessern dadurch die Leistung des Magnetfeldsensors. Relevante Ergebnisse wurden in der internationalen Fachzeitschrift AIP veröffentlicht.
In den letzten Jahren haben Forscher magnetostriktive Filme als akustische Oberflächenwellensensoren (SAW-Sensoren) für empfindliche Filme verwendet und damit eine neue Methode zur Konstruktion von Magnetfeldsensoren entwickelt. Das Forschungsteam von Wang Wen hat eine SAW-Vorrichtung vorgeschlagen, die auf einem Eisen-Kobalt-Film zum Erfassen von Strom / Magnetfeldern basiert, und die durch theoretische Optimierung erreichte Empfindlichkeit beträgt bis zu 8,3 kHz / mT. Der starke Hystereseeffekt * in magnetostriktiven Filmen führt jedoch zu signifikanten Hysteresefehlern und verschlechtert die Sensorleistung erheblich.
Diesmal kombinierten die Forscher den magnetostriktiven eisenkobaltempfindlichen Film des Rasterdesigns mit der akustischen Oberflächenwelle für die Magnetfeldmessung. Der vorgeschlagene Sensor besteht aus einem differentiellen Doppelverzögerungsleitungsoszillator, wie in 1 gezeigt.
Die Oberfläche der Vorrichtung auf dem Sensorkanal wird durch HF-Sputter- und Gravurverfahren abgeschieden, um die Eisen-Kobalt-Film-Gitteranordnung abzuscheiden, die den Hystereseeffekt wirksam unterdrückt, indem interne Spannungsänderungen im Eisen-Kobalt aufgehoben werden. Das Referenzkanalgerät wird verwendet, um die Auswirkungen der Umgebungstemperatur und anderer Effekte durch differentielle Methoden effektiv zu reduzieren. Wenn sich das Magnetfeld ändert, bewirken der magnetostriktive Effekt * und der ΔE-Effekt * des Eisen-Kobalt-Films eine Änderung der SAW-Ausbreitungsgeschwindigkeit, und die Änderung des differentiellen Oszillationsfrequenzsignals kann verwendet werden, um die Stärke des Magnetfeldes zu charakterisieren gemessen werden.
Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass der Hystereseeffekt in dem Eisen-Kobalt-Material erfolgreich durch den SAW-Magnetfeldsensor unter Verwendung des magnetisch empfindlichen Films aus Eisen-Kobalt-Gitter unterdrückt wird, und der Hysteresefehler ist nur ein Fünftel von dem des Eisen-Kobalt-Materials. Kobaltfilmsensor. Die Empfindlichkeit und Linearität des Sensors wurden ebenfalls stark verbessert, wie in Abbildung 2 gezeigt. Diese Studie bietet einen effektiven Weg für die Hochleistungs-Magnetfelddetektion.
* Starker Hysterese-Effekt: Die Änderung des Magnetisierungszustandes des ferromagnetischen Materials bleibt der Änderung des angelegten Magnetfeldes immer hinterher. Nachdem das externe Magnetfeld entfernt wurde, kann das Material immer noch die ursprünglichen magnetischen Teileigenschaften beibehalten.
* Magnetostriktiver Effekt: Größe und Volumen des Materials ändern sich, wenn sich das ferromagnetische Material im äußeren Magnetfeld ändert.
* ΔE-Effekt: Wenn sich das ferromagnetische Material im äußeren Magnetfeld ändert, ändert sich auch sein Elastizitätsmodul (E).
1 (a) Grundstruktur eines Oberflächenwellen-Magnetfeldsensors, (b) Sensorelementantwort, (c) Sensorvorrichtung zum Abscheiden eines gitterförmig angeordneten Eisen-Kobalt-Films
Fig. 2 Vergleich der Sensorleistung zwischen abgeschiedenem Eisen-Kobalt-Film und Gitteranordnung, (a) Hysteresefehlertest, (b) Empfindlichkeitstest