專利名稱：一種用于磁敏探頭磁芯的復合材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種磁敏探頭磁芯材料，即一種用于磁敏探頭磁芯的復合材料，特別是一種具有方向識別能力、高靈敏響應跨零微弱場磁的磁敏探頭磁芯的復合材料。
背景技術：
對微弱磁場，特別是對接近于零值的微弱磁場具有高靈敏響應的新型磁敏材料， 是生物磁測量、探礦、無損探傷等當今科技發(fā)展所迫切需求的。但是，采用已有制備技術制備的磁敏材料往往不能靈敏響應接近于零的微弱磁場。非晶和納米晶磁敏材料是當前的研究熱點，人們通常采用在惰性氣體保護下將非晶合金材料進行退火的方法來提高磁敏材料的靈敏度，如!^CuNbSiB非晶合金在氮氣保護下經保溫1小時制得的納米晶合金 (FINEMET)所具有的巨磁阻抗效應，相比傳統(tǒng)的半導體材料的霍爾效應及多層膜的巨磁阻效應對微弱磁場的靈敏度提高了很多，但是仍然存在零磁場附近很不靈敏的小區(qū)域，即仍存在零磁場盲點。所以，現(xiàn)有的磁敏材料制備方法不能制備無零磁場盲點且對微弱磁場具有高靈敏響應的新型磁敏材料，難以滿足當今科技發(fā)展的迫切需要。超導量子干涉元件雖然具有極高的靈敏度，在一定程度上可以滿足當今高科技對微弱磁場測量的需求，可是，由于其要求滿足超導所需的低溫，使得儀器無法微型化和制造成本及運行成本高等原因，在許多場合無法應用。巨磁阻抗效應的發(fā)現(xiàn)，使人們看到了研發(fā)高靈敏度磁敏傳感器的希望， 因為其靈敏度比巨磁阻效應要高出一個數(shù)量級，比霍爾效應高出兩個數(shù)量級，但是，巨磁阻抗效應在近零磁場處的靈敏度仍然不高，常規(guī)對稱的巨磁阻抗效應在近零磁場處的靈敏度很低，被稱為零場盲點。如專利高靈敏磁敏材料(專利號200810163790.X)，一種具有寬線性區(qū)的高靈敏磁敏材料(專利號201110028111.X)，一種制備靈敏度高和線性區(qū)寬的磁敏材料方法(專利號201110(^6317. 9)等專利都存在零場盲點的問題，不能滿足對跨零微弱磁場靈敏響應要求。非對稱巨磁阻抗效應雖然在零磁場附近不像對稱的巨磁阻抗效應那樣存在零場盲點，卻也存在整體靈敏度不夠高的問題，目前還不具備使用價值。雖然，通過外加偏置直流磁場將磁敏傳感器的靈敏區(qū)移動到零磁場附近的技術，可以部分解決現(xiàn)有磁敏材料對近零微弱磁場不靈敏的問題，但是，這種技術不僅存在耗能大的問題，而且還要求偏置直流磁場具有高穩(wěn)定性，否則偏置直流磁場本身的波動，將嚴重干擾磁敏傳感器的精度， 然而，現(xiàn)有的電子技術還不能滿足高靈敏磁敏傳感器所要求的高穩(wěn)定性，往往會因為溫度變化、電源波動等因素影響，使得偏置場有所波動，從而無法實現(xiàn)對近零微弱磁場的準確響應。因此，現(xiàn)有的技術不能滿足，對跨零微弱磁場敏感，又可以微型化和低耗能及低制造成本的現(xiàn)代科技發(fā)展需求。

發(fā)明內容
針對以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有高靈敏、無零場盲點、線性響應跨零微弱磁場的用于磁敏探頭磁芯的復合材料。
一種用于磁敏探頭磁芯的復合材料，其特征在于采用含硬磁相的磁芯材料1和軟磁性能的磁芯材料2疊加而成。本發(fā)明的目的是通過采用由含硬磁相的磁芯材料1和軟磁性的磁芯材料2疊加而成的復合磁芯實現(xiàn)的。所以不僅具有無零場盲點、高靈敏、線性響應跨零微弱磁場、高可靠性、高穩(wěn)定性和價格低廉等諸項優(yōu)點，還具有方向識別能力和便于微型化及低耗能的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖，圖2是一種采用本發(fā)明材料制成的磁敏探頭的結構示意圖。圖3是圖2所示磁敏探頭的磁阻抗曲線。圖4是用圖2所示磁敏探頭制作的磁敏傳感器的輸出電壓與磁場關系曲線圖。圖5為比較實施例1的磁阻抗曲線，圖6為比較實施例2的巨磁阻抗曲線。圖中含硬磁相的磁芯材料1、軟磁性的磁芯材料2、復合磁芯3、螺線管4、驅動電極5、測量電極6。
具體實施例方式以下結合實施例進行詳述圖1是一種用于磁敏探頭磁芯的復合材料。其要點是采用含硬磁相的磁芯材料 1和軟磁性的磁芯材料2疊加而成。顯然，可以將含硬磁相的磁芯材料1和軟磁性的磁芯材料2簡單地疊放在一起，也可以用膠粘結在一起。為使含硬磁相的磁芯材料1和軟磁性的磁芯材料2不易錯位、確保探頭性能，最好將含硬磁相的磁芯材料1和軟磁性的磁芯材料2
粘結在一起。為了提高性能，含硬磁相的磁芯材料1為具有非對稱磁阻抗效應特性的含硬磁相磁性材料，軟磁性磁芯材料2為具有對稱巨磁阻抗效應特性的純軟磁相材料。圖2是一種采用本發(fā)明材料制成的高靈敏無零場盲點線性響應微弱場磁的磁敏探頭。其探頭磁芯是采用i^eSiuBg.RCu非晶材料在空氣中于470°C退火1小時制得的軟磁性磁芯材料2和!^e76Si7.^5P5Q9非晶材料在氮氣保護下沿軸向施加3000A/m的磁場并于490°C退火1小時制得的含硬磁相的磁芯材料1疊加而成的復合磁芯材料制成；即其具有非對稱磁阻抗效應特性的含硬磁相磁芯材料1是采用Fe76Siut5P5Cu非晶材料在氮氣保護下沿軸向施加3000A/m的磁場并于490°C退火1小時制得，具有對稱巨磁阻抗效應特性的軟磁性磁芯材料2是采用!^e76Si7.^J5Cu非晶材料在空氣中于470°C退火1小時制得。 圖3為包含本發(fā)明的復合磁芯3的螺線管的磁阻抗曲線，圖4為包含本發(fā)明的復合磁芯3 的螺線管為探頭的磁敏傳感器的輸出電壓與外加磁場之間的關系曲線。從圖4的電壓與磁場關系測試結果可知，其在-348A/m到232A/m的跨零磁場范圍內，傳感器輸出電壓與外加磁場成線性關系，靈敏度為7. 38mV/(A · πΓ1)，線性最大偏差僅為0. 76%。且具有磁場方向識別能力，當外磁場方向與磁芯材料1的剩磁方向相同時，輸出電壓為正值；當外磁場方向與磁芯材料1的剩磁方向相反時，輸出電壓為負值。顯然，本發(fā)明的用于磁敏探頭磁芯的復合材料3的軟磁性的磁芯材料2，可以采用
4非晶或納米晶軟磁性合金制成，如I^eCuNbSiB、FeCoNbSiB, FeSiPBC等合金材料制成；為了簡便易行、降低成本、方便加工制作，還可以采用Fe、Co或Ni的單種金屬制成，只要具有較好的軟磁性能，在外加磁場作用下磁導率會顯著變化，并便于插入螺線管4即可。比較實施例1為了說明本發(fā)明用于磁敏探頭磁芯的復合材料3的優(yōu)勢，將實施例中的復合材料 3改為磁芯材料1，用于比較。具體實施方法如下(1)同實施例制成磁芯材料1。(2)將由步驟(1)制得的磁芯材料1插入螺線管4中制成磁芯螺線管并測量其磁敏特性。圖5為用上述方法制得的磁芯螺線管的磁特性曲線。測量時由驅動電極5輸入幅值為10mA，頻率為380kH ζ的交流驅動信號，由測量電極6測量磁阻抗曲線。測試結果為，在-1600A/m到1600A/m的跨零磁場范圍內，磁芯螺線管阻抗隨外加磁場線性變化，但靈敏度很低，只有0. 0048% /A · πΓ1，如果以本比較實施例做探頭，用實施例相同的電路制成的傳感器的靈敏度將小于0. 001mV/A · πΓ1，顯然沒有實用價值。比較實施例2為了說明用于磁敏探頭磁芯的復合材料3的優(yōu)點，將實施例中的復合材料3改為磁芯材料2，用于比較。具體實施方法如下(1)同實施例制成磁芯材料2。(2)將由步驟⑴制得的磁芯材料2插入螺線管中制成磁敏螺線管。圖6為用上述方法制得的磁敏螺線管的巨磁阻抗曲線。測量時由驅動電極5輸入幅值為10mA，頻率為380kHz的交流驅動信號，由測量電極6測量巨磁阻抗曲線。測試結果為，在-1600A/m到1600A/m的跨零磁場范圍內，阻抗隨外加磁場變化曲線關于零磁場點對稱。不同區(qū)段的靈敏度不同在外磁場的絕對值大于1500A/m的范圍內， 探頭趨于飽和，靈敏度接近為O ；磁場絕對值在800 1500A/m范圍內，阻抗與磁場呈非線性關系，靈敏度在O到0. 89% /A · πΓ1之間變化；磁場絕對值在50 800A/m范圍內，阻抗隨外加磁場呈線性變化，靈敏度為0. 90% /A · πΓ1 ；磁場在-50 +50A/m范圍內，靈敏度接近零，即存在零場盲點。綜上所述，本發(fā)明的用于磁敏探頭磁芯的復合材料3，因由含硬磁相的磁芯材料1 和軟磁性磁芯材料2疊加制成，而交變電流由通電電極5引入螺線管4產生一個沿由復合材料3制成的磁敏探頭磁芯的軸向的驅動場，在縱向驅動電磁場的作用下，使得螺線管4與由復合材料3制成的磁芯聯(lián)系起來構成一個等效阻抗元件，該等效阻抗元件的阻抗會隨著作用在磁芯上的外加微弱磁場的變化靈敏地變化。磁芯材料1的剩余磁場作用在軟磁性磁芯2上，使得等效阻抗元件的線性磁敏區(qū)中心移到了零磁場處，所以使得等效阻抗元件的阻抗能線性地隨外加微弱磁場變化，即表現(xiàn)出線性響應跨零微弱磁場的優(yōu)異磁敏特性。以本發(fā)明用于磁敏探頭磁芯的復合材料3為磁芯的磁敏螺線管，不僅克服了只含單一磁芯材料1的螺線管的低靈敏度缺點，還在保持高靈敏度的前提下，克服了只含單一磁芯材料2的磁敏螺線管存在零磁場盲點的問題；并且具備了識別外磁場方向的能力當外磁場方向與磁芯材料1的剩磁方向一致時，傳感器輸出正電壓；當外磁場方向與磁芯材料1剩磁方向相反時，傳感器輸出負電壓。
以本發(fā)明的用于磁敏探頭磁芯的復合材料3為磁芯制備的磁敏探頭，與當前常用的巨磁阻、霍爾磁敏傳感器探頭相比，不僅具有無零場盲點、對微弱磁場靈敏度高的優(yōu)點， 而且具有方向識別能力的優(yōu)點。相比磁通門則具有體積小、耗能低的優(yōu)點。相比超導量子干涉儀，則體現(xiàn)出可微型化和制造成本及運行成本低的優(yōu)點。相比直流偏置場方法，則具有穩(wěn)定性高、耗能低及制造成本低的優(yōu)點。以本發(fā)明技術制備的復合材料，具備現(xiàn)有磁敏材料所不具備的同時擁有高靈敏度、高可靠性、高穩(wěn)定性和價格低廉等諸項優(yōu)點的優(yōu)越性，特別是具有無零場盲點、線性響應跨零微弱磁場和具有方向識別能力的優(yōu)點。使得采用本發(fā)明技術所制備的磁敏材料可以在提高靈敏度的同時，又提高了磁敏傳感器的可靠性，且具有便于微型化、低耗能和價格低廉的綜合優(yōu)越性。因此，使用本發(fā)明技術生產的磁敏材料將具有廣闊的應用前景和極強的市場競爭力。本發(fā)明的用于磁敏探頭磁芯的復合材料3可以是細棒、薄帶、細絲或薄膜形狀，還可采用其它形狀；只要磁芯材料1具有適合的剩余磁場，磁芯材料2具有良好的軟磁性能， 兩者復合后能夠插入螺線管4即可。
權利要求
1.一種用于磁敏探頭磁芯的復合材料，其特征在于采用含硬磁相的磁芯材料1和軟磁性磁芯材料2復合而成。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于磁敏探頭磁芯的復合材料，其特征在于磁芯材料1為具有非對稱磁阻抗效應特性的含硬磁相的磁性材料，磁芯材料2為具有對稱巨磁阻抗效應特性的軟磁材料。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于磁敏探頭磁芯的復合材料，其特征在于具有非對稱磁阻抗效應特性的含硬磁相的磁芯材料1是在氮氣保護下沿軸向施加3000A/m的磁場并于490°C退火1小時制得；具有對稱巨磁阻抗效應特性的軟磁性磁芯材料2是采用 Fe76Si7. A5P5C1.9非晶材料，在空氣中于470°C退火1小時制得。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的用于磁敏探頭磁芯的復合材料，其特征在于含硬磁相的磁芯材料1和軟磁性磁芯材料2粘結在一起。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁敏探頭磁芯材料，即一種用于磁敏探頭磁芯的復合材料，特別是一種具有方向識別能力、高靈敏響應跨零微弱場磁的磁敏探頭磁芯的復合材料。其特征在于采用含硬磁相的磁芯材料1和軟磁性能的磁芯材料2疊加而成。不僅具有無零場盲點、高靈敏、線性響應跨零微弱磁場、高可靠性、高穩(wěn)定性和價格低廉等諸項優(yōu)點，還具有方向識別能力和便于微型化及低耗能的優(yōu)點。
文檔編號G01R1/067GK102360683SQ20111020062
公開日2012年2月22日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權日2011年7月15日
發(fā)明者葉慧群, 吳鋒民, 孟秀清, 方允樟, 李文忠, 鄭金菊, 馬云 申請人:浙江師范大學