巨磁阻抗磁传感的 GMI 非晶丝 MI-CB-1DH,K.Mohri Yashizawa Duwez aichi-mi Aichi Micro Intelligent
巨磁阻抗效应的测试电路制作
巨磁阻抗效应的测试电路制作随着科技的发展，磁场传感器在各个领域取得了突破性的发展。
在当今信息社会中，磁场传感器在信息技术和产业中成为不可或缺的一部分。
如霍尔传感器，磁通门传感器等。
而巨磁阻抗效应（Giant Magneto Impedance effect,GMI effect)的发现，使更加微型，灵敏度高，响应速度快，成本低，适用范围广的磁场传感器成为可能，开发出更多的新型传感器。
本文分析了非晶材料的巨磁阻抗效应的原理，介绍了影响非晶材料的巨磁阻抗效应的因素，通过Co基非晶带，设计和制作巨磁阻抗效应的测试电路，其中包括信号发生电路，前置放大电路，整流电路和稳压电路。
通过对电路的分析和调试，制作出电路。
分析电路的稳定度特性，频率响应特性，灵敏度特性。
测量材料的GMI效应，非晶带在外磁场变化的磁阻抗变化率MIR%能达到100%，磁场测量范围为0~160Oe。
测试结果表明电路灵敏度高，性能稳定，而且其结构简单，成本低，具有广泛应用前景。
关键词：巨磁阻抗效应，电路制作，非晶材料，磁场传感器第一章引言随着社会的高速发展和科技的迅速进步，在计算机、通信及办公自动化设备渐渐成为人们生活中不可或缺的一部分的时候，对其中的磁场传感器要求更进一步，老旧，性能低，大型的磁场传感器已经不能满足日益增加的需要，而如今的趋势需要体积小，灵敏度高，低功耗，响应速度快的磁场传感器。
表一各种传感器的参数1988年法国巴黎大学的Fert研究小组Baibich发现，在Fe/Cr相间的三层复合膜电阻中，微弱的磁场的变化会导致电阻大小的急剧变化，称之为巨磁阻抗效应（Giant Magneto Impedance effect,GMI effect)。
虽然提高了霍尔元件和磁阻元件的灵敏度，而且在数据领域中加以应用，但GMR效应也存在很多的问题，实际应用中对材料的限制很大，而且灵敏度不够高，极大的限制了GMR的实用价值。
自1992年，日本名古屋大学的K.MOHRI教授等在Co基软磁非晶丝的实验处理后，发现在几O e磁场中材料的阻抗变化能达到50%以上。
基于正交锁定差分放大器的巨磁阻抗（GMI）磁传感器
基于正交锁定差分放大器的巨磁阻抗（GMI）磁传感器聂新华;潘仲明;张文娜;张大厦;苏绍瞡【摘要】基于非晶丝的巨磁阻抗（GMI）效应，利用CoFeBSi非晶丝作为敏感材料，采用正交锁定放大电路和仪用放大器作为信号调理电路，设计了一种差分式高灵敏度GMI磁传感器。
介绍了巨磁阻抗效应的基本概念和双非晶丝差分结构的磁敏探头，分析了基于正交锁定差分放大技术的信号调理电路的工作原理，并结合非晶丝两端输出信号的幅度和相位特性，提出了正交锁定放大器输出包络的近似计算方法。
实验结果表明：在-2．0 Oe～＋2．0 Oe的量程内，该GMI磁传感器灵敏度可达748mV/Oe，线性误差为0.98％FS，且噪声平均功率谱密度约为0．8nT/Hz1/2。
%On the basis of the giant magnetoimpedance (GMI)effect found in the amorphous wire,and with the utilization of the CoFeBSi amorphous wire as the sensing material,a novel differential-type high sensitively sensor adopting the technology of orthogonal lock-in amplifier was designed.Firstly,the concept of the GMI effect and the magnetic sensing head based on the double-sensing-elements and differential-type structure,were briefly instructed.Secondly,the principle of the conditioning circuit of the sensor based on orthogonal lock-in amplifier was analyzed in detail.Thirdly,based on the impedance magnitude and phase characteristics of the amorphous wire,an approximate algorithm was put forward to calculate the envelope of the output of the orthogonal lock-in amplifier for simplifying the arithmetic circuit.Experiment results show that the sensitivity of the sensor can achieve about 748mV/Oe with the full measurement range of -2.0Oe~+2.0Oe,and the linearity error is about0.98%FS,while the average noise power spectral density is about0.8nT/Hz1/2 .【期刊名称】《国防科技大学学报》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】5页(P181-185)【关键词】磁传感器;巨磁阻抗效应;正交锁定放大器;差分结构【作者】聂新华;潘仲明;张文娜;张大厦;苏绍瞡【作者单位】国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙 410073;国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙 410073;国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙 410073;国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙410073;国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙 410073【正文语种】中文【中图分类】TP911.7巨磁阻抗(Giant Magnetoimpedance，GMI)效应是指当铁磁导体(带状或丝状)施加高频电流时，其交流阻抗随沿着导体轴向所加外磁场强度的变化而发生改变的一种磁现象［1］。
基于钴基非晶丝的巨磁阻抗效应多特征表征方法
基于钴基非晶丝的巨磁阻抗效应多特征表征方法张振川;段修生【摘要】基于巨磁阻抗(GMI)效应的磁传感器在磁测量领域具有大的应用前景;而阻抗模值特征的非线性特征会限制传感器的测量效果.通过对GMI效应进行理论分析;并搭建实验系统对钴基纳米非晶丝材料进行测量和研究,提出了多特征表征的表征方法.采用阻抗模值特征和阻抗角特征相结合的多特征表征方式,能够消除单一特征的非线性特征的限制,拓展了敏感材料的测量范围,减小了非线性拟合误差,具有一定的意义和应用前景.%Magnetic sensors based on giant magneto impedance (GMI) effects have great potential applications in the field of magnetic measurement. However,the nonlinear characteristics of the impedance modulus characteris-tic limit the measurement effect of the sensor. The theory of GMI effects was analyzed,and an experimental system was built to measure and study the sample of cobalt based nanocrystalline amorphous wire, and a characterization method of multi feature characterization was proposed,A multi feature representation method combining impedance modulus and impedance phase characteristic is adopted,this method can eliminate the limitation of nonlinear char-acteristics of single feature,extend the measurement range of sensitive materials, and reduce the nonlinear fitting error,and has certain significance and application prospect.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)007【总页数】7页(P159-165)【关键词】巨磁阻抗(GMI)效应;阻抗角特征;多特征表征【作者】张振川;段修生【作者单位】陆军工程大学(石家庄)电子与光学工程系,石家庄050003;陆军工程大学(石家庄)电子与光学工程系,石家庄050003【正文语种】中文【中图分类】TP212.13;TP183自1992年，日本学者K.Mohri等在钴基非晶丝中发现巨磁阻抗(giant magneto-impedance)GMI效应以来[1]，就引起了世界上对GMI效应的广泛关注和研究；基于这种效应研发的GMI磁传感器在灵敏度、稳定性、响应速度、功耗和传感器尺寸等方面优势明显，具有很好的适应性和广泛的应用前景。
巨磁阻抗(GMI)效应在电流传感器领域的研究
２１ ０ ０年
第 ５５期 ３
电测与仪表
Ｅｌ ｃ ｒｃ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ＆ Ｉ ｓ ｒ ｅ ｔ ｉａＩＭ ａ ｕ ｅ ｎ ｎ ｔ ｕｍｅ ｔ ｉ ｎ ａｔ ｏｎ
ＶＯ＿７ＮＯ５ ５ ｌ ．３ ４
第 Ｏ ７期
Ｊ１ ００ ｕ．２ １
巨磁 阻抗 （ ＭＩ效应在 电流传感器领 域 的研究 Ｇ ）
ａ ｌ ｅ，ｒｃｉｅ ｎ ｍｐｉｅ ｉ ｅｏ ａｊｓ ｈ ｎ ｕ ｏ ｅ － ｍｐｉｅ ｏ ｎ ｃ ｏ ｂ ｔ ｎ ｓ ｏ ｈ ｍｐｉ ｒ ｅｔ ｒ ａ ｄ Ａ ｌ ｒ ｗｔ ｚｒ － ｄｕｔ ｅ ｉｐ ｔ ｆ ｐ ｒ ａ ｌ ｒ ｃ ｎ ｅｔ ｔ ｏ ｅ ｄ ｆｔｅ ｉ ｆ ｉ ｆ ｉ ｆ ｈ ．Ｔ ｉ ｆ ｓ ｈ
ｍｅ ｈ ｄｓ ｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ｎ ｔ ｏ ｎ ｒ ｓ ａ ｃ ｉ ｇ ＧＭＩ ｅ ｆ ｃ． ｅ ｄｅ ｉ ｎ ｄ ｔ ｕｒｅ ｅ ｓ ｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ｆｅ ｔＷ ｓｇ ｅ ｈｅ ｃ ｒ ｎｔｓ ｎ ｏ ａ ｅ ｎ ＧＭＩ ｅ ｆ ｅ，ｔ ｍｏ ｐ ｕｓ ｍａｅ ｉ ｌ ｆｅ ｔ ｈｅ ａ ｒ ｈｏ ｔ ｒａ ｓ ｓ ｃ ａ Ｃｏ Ｂ ｒ ｕ ｅ ｔ ｄ ｖ ｌｐ ｐ ｒ ｌ ｔｕｃｕ ｅ ｒ ｂ ．Ｔ ｓ ｎ ｏ ｉ ｃ ｎｓｓｉ ｏ ｏｐｉ ｓ ｓ ｉｌｔ ｒ ｅ — ｕｈ ｓ Ｚｒ ａ ｅ ｓ ｄ ｏ ｅ ｅ ｏ ｓ ｉａ ｓｒ ｔ ｒ ｐ ｏ ｅ ｈｅ ｅ ｓ ｒ ｓ ｏ ｉｔｎｇ ｆ ｃ ｌ ｔ ｏ ｃ ｌａｏ ，ｐ ｒ ｔ
宁棵 ， 任欢 ， 李玉莲
（ 阳计 量测 试 院 ， 阳 １０ ７ ） 沈 沈 １ １ ９
摘要 ： 回顾 了巨磁 阻抗 （ ＭＩ效 应 发展 的历 史 ， 绍 了巨磁 阻抗 （ ＭＩ效应 起 源 、 论方 法 ， 计 制作 了一种 基 Ｇ ） 介 Ｇ ） 理 设
巨磁阻抗(GMI)传感器研究与发展
部连接非晶丝和导电层，形成脉冲电流回路，导电层和非 退火，然后分析发现一定的退火温度下 (610) 可以得到良
晶丝在制作时保持同轴。因为导电层和非晶丝是同轴心关 好线性的单峰 LDGMI 曲线。同时，刘洁等人 [12] 也研究了
系，H1 与 H2 大小相等，方向相反，合成的结果为相互抵消， Fe78Co2Zr8Nb2B9Cu1 非晶薄带经过 550、600、650 不同温度
3/2!ਪด᎖ऻႋࡼ HNJ ࠅঢዐሚᓨ
巨磁阻抗 (GMI) 效应最初是在非晶丝材料中发现的，
图 2 非晶丝磁敏感元件结构示意图
非晶丝材料的巨磁阻抗 (GMI) 效应的来源归结于特殊的磁 励源，采用如图 3 所示结构框图进行设计，然后进行试验
畴结构和较强的趋肤效应。人们对非晶丝材料的研究主要 测量，测得该磁探测器磁场灵敏度为 185mV/Oe，线性范
因此消除了脉冲电流对磁场测量的影响。
退火后，发现在 600 保温 60min 退火后性能最佳，其 GMI
采用 (Co94Fe6)72.5Si12.5B15（直径 30，长度 3mm）非晶 丝材料，制成上述敏感元件，使用 1MHz 脉冲电源作为激
比达到 181.4%。 曹 柏 泉 等 人 [13-14] 通 过 磁 控 溅 射 法 在 非 晶 薄 带
(4) 果基本吻合。
(3) 高频 (10M-GHz)
(5)
高频下，GMI 效应被认为与旋磁效应和铁磁弛豫有关。
Z(Hmax) 为饱和磁化时的阻抗值，Z(H0) 为材料在外加 磁场为零时的阻抗值，实际应用中，Z(Hex) 一般为磁场发 生装置所能产生的最大磁场所获得。(4) 式和 (5) 式各有侧 重，但实际表达的物理意义是一样的。
关键词 ：巨磁阻抗 (GMI)，非晶磁性材料，磁性薄膜
巨磁阻抗传感器敏感材料的选择
2. 2 薄带
应该说 ,具有近零或负磁致伸缩的 Co 基非晶丝都 2. 2. 1 Co 基薄带
是很好的 GM I 传感器候选材料 。传统的 Co FeSiB 系
GM I 效应在具有很高横向各向异性 (主要由于横
非晶丝和玻璃包裹丝在中低频范围 (～M Hz) 内非常适 向磁畴的结构导致) 的 Co 基非晶薄带中已经有过报
1. 6 %/ A ·m - 1 。并且对于几种不同直径的非晶丝的 意义上的环形磁场 (对丝来说) 或横向磁场 (对带来说)
实验表明 ,直径小的试样 ,阻抗对轴向外磁场变化的灵 的驱动方式 。在 550 ℃退火温度下 ,在频率 300k Hz 时
敏度更高 。目前 , Co FeSiB 系非晶丝已经由日本 uni2 最大 GM I 比率为 1020 % ,磁场灵敏度达到 6. 9 %/ A ·
表 1 常见 GM I 材料的软磁性能
Table 1 Sof t magnetic p roperties of co mmo n GM I material s
名称
电阻率 ρ(μΩ 基非晶
140
Fe 基纳晶
90
Ni Fe 基非晶
125
Ni Fe 坡莫合金
56
磁致伸缩系数 λs (10 - 6 ) - 0. 5 25 2 12 0. 5
转水中纺丝法制备) ,丝的表面和中心区有不同的冷却 速率 ,表面层受到圆周方向 (或轴向) 的压缩力 ,而中心
备通常是基于快速急冷凝固技术 ,在快淬过程中 ,由于 材料本身具有较高的正磁致伸缩 (如 FeSiB 丝 ,λs = 2. 5
区域受到的是张力 。由于在负磁致伸缩和淬火应力的 ×10 - 5 ) ,与淬火产生的应力相互作用 ,导致其外壳具
用于实验室环境磁场检测的高灵敏度GMI磁传感器研制
用于实验室环境磁场检测的高灵敏度GMI磁传感器研制张波;吕广炎;陈小丽;鞠亚坤;张超
【期刊名称】《实验技术与管理》
【年(卷),期】2022(39)11
【摘要】小型化、高灵敏、可实时精确测量实验室环境磁场的专用磁传感器,对确保实验室内精密设备仪器的正常运行具有重要意义。
该文研制了一种基于巨磁阻抗(GMI)效应的磁传感器,传感器以钴基非晶丝为核心敏感材料,采用非对角激励方式测量磁场变化。
在电路设计上,由预编程晶振与单稳态多谐振荡器构成磁传感器的激励信号发生电路,由反相缓冲器、开关检波和反相积分器构成磁传感器的信号处理电路。
性能测试结果表明在–60 000~60 000 nT的磁场强度范围内,传感器分辨率可达750 pT,24 h漂移量≤3 nT,非线性度<0.5%,达到了实验室实际环境磁场测量要求。
【总页数】6页(P111-116)
【作者】张波;吕广炎;陈小丽;鞠亚坤;张超
【作者单位】北京科技大学数理学院;北京科技大学北京市弱磁检测及应用工程技术研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TH712
【相关文献】
1.自适应LMS和相关算法在GMI磁传感器信号检测中的应用
2.基于硬磁薄膜材料的GMI传感器偏置磁场分布模拟
3.基于GMI传感器的钢板漏磁无损检测
4.宽线性GMI磁传感器的研制
5.基于磁通负反馈结构的高灵敏度感应式磁场传感器研制
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提高巨磁阻抗(GMI)效应的方法讨论
付 宏 波
哈 尔滨 师 范 大 学
物理 与 电子工程 学院
黑龙 江
哈 尔滨
１ Ｏ ２ Ｏ ５ ５
【 摘 要 】本 文从 普通 退 火 、 焦耳 退 火、 应 力退 火和 磁 场 退 火 等 方 法 出 发 ，在 分析 各 种 热 处 理 方 式 改 善 其 软磁 性 能基 础 上 ， 本文 阐
１ 普 通退 火 ．
般采用测试不同电流时的电阻值来确定样品的起始晶化电流。
焦耳 电流退 火 过程 中， 电流 产生 的环 向磁场 会 感生 环 向各 向异 性 。 这
使 焦耳 电流退 火更适 合对 圆截面 的非 晶丝进 行退火 ， 可以提高 环 向磁 随炉缓慢冷却 ， 当工件冷至５０ ０摄
、
提高 ＧＭｌ 效应 的退火 处理工艺
场， 影响材料的环向各 向异性。 该法加热时间短， 工艺要求简单 ， 无需气体 保护 ， 退火效果较好， 可重复性高。焦耳退火时， 由于很难检测退火温度 ，
一
退火是热处理工艺中常用的一种工艺， 主要的退火方法有 ： 普通退火、
焦耳 退火 、 退火 和 磁场 退火 。 应力 不管 哪种 退火 方 式 ， 需要 通过 大 量的 实 都 验优化 研究 才能获 得所 需性 能的工 艺参 数 。
２． 焦 尔 退 火
应力 退 火 ， 场退 火等 退火 处理 工艺 的方法 ， 磁 并讨论 一下 退火 过程 中存在 的 问题 及主 要 的研 究 内容 。
一
焦 尔 退火 是通 过样 品 的 电流产 生 的焦 耳热 完成 退火 的过程 ， 通过 调 并 整 电流密 度来 控 制退 火温度 。 电流一 方 面产生 焦 耳热 ， 另一 方面 产生环 向磁
GMI磁性传感器介绍yangmeiyun
9
Yangmeiyun
施工安装
地感线圈 GMI磁性传感器
车辆 传感 器
引 出 电 缆 线
1）路面沟槽（ 1米 见方， 深度 40毫米） 2）引线挖线槽（10毫米宽，深度30毫米） 3）回填需要专业作业人员 4）专业机具 10
1）路面打孔（ 直径12毫米 ， 深度 120毫米） 2）引线挖线槽（10毫米宽，深度20毫米） 3）回填简单，不需要专业作业 4）普通常用机具 Yangmeiyun
体积缩小降低了安装和维护成本，功能多样提供了更多 的参数供系统决策
抗干扰，低功耗
传感器 性能要求
3
路面及露天环境中有大量干扰因素，传感器必须具备屏 蔽干扰信息源的能力，保障输出信号的准确、无误。 更低的功耗，大大提升传感器无线、多点的分布可能
Yangmeiyun
ITS系统中主要使用的传感器类型
磁性（线圈） 检测精度 检测参数 响应速度 综合成本
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企业文化
我们的理念，激情，高效，协作，共赢
我们的价值观，用户需求第一，诚信服务始终
我们的目标，我们不一定能为您提供性能最好的产品，但我们竭力为您提供 最佳的解决方案。
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LOGO
Your company slogan in here
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威根
GMI
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非晶材料磁阻抗特性测量系统使用说明书
VinA + Vcp VinB
(15)
Vmag =
R f I slp 20
( PinA PinB ) Vcp
(16) (17)
V phs = R f I ((VinA ) (VinB ) 90 ) Vcp
式中: PinA 和 PinA 为功率 (单位为 dBm) , 在指定的参考阻抗下 , 它们可以与 VinA 和
BKT-4A 非晶材料磁阻抗特性测量系统
用户使用说明书
北京泽天伟业科技有限公司研制 二〇一一年十一月
1
巨磁阻抗效应 （Giant Magneto-Impedance effects, GMI） 是指软磁材料的交流 阻抗随外加磁场的改变而发生显著变化的现象，产生 GMI 效应的主要原因是高 频电流的趋肤效应。1992 年,日本名古屋大学 Mohri 教授等人首先在非晶丝材中 报道这种现象 ,此后 GMI 材料的研究扩大到非晶带材、纳米晶丝材、玻璃包覆 非晶丝、多层膜(典型结构为三明治薄膜) 、复合结构丝等。GMI 磁传感器采用 交流驱动,具有灵敏度高、饱和磁场低、响应快和稳定性好等优点。利用 GMI 非 晶丝材料可设计成高灵敏度的磁场传感器，用于微弱磁场、电流、位置、生物分 子浓度等物理量的检测, 在地磁场测量、地磁匹配导航及多种弱磁传感器中有着 广泛的应用， 具有很大的应用前景和研究价值。因此方便而准确地测定非晶丝材 料磁阻抗特性对于其应用有重要的意义。 针对高校师生的需求我们采用专用幅相分析集成电路，结合亥姆霍兹线圈、 磁场扫描电源、 信号发生器、 多通道数据采集卡和数据采集分析软件设计了非晶 丝磁阻抗特性测量系统。 通过本仪器能够实现固定频率下的变磁场测量和定磁场 下的扫频测量。测量参数可以选择阻抗/位相（Z/Ф）模式或实部/虚部（R/X）模 式，通过 USB 接口连接计算机自动采集和显示数据。该仪器实验原理清晰直观、 性能稳定、连线简单直观、操作简便，适合于高校本科生、研究生开设专业实验 中使用也可在科研测试工作中使用。 一. 仪器测量原理 1.1 巨磁阻抗的定义为： GMI=
非晶纳米晶带材巨磁阻抗磁传感器特性分析
巨磁 阻 抗 （ ｉ ｔ ｇ ｅ — ｐｄ ｎｅ Ｇ ） 应 指 的 是 ｇａ ｎ ｔ ｉ ｅ ａｃ ， ＭＩ 效 ｎ ｍａ ｏ ｍ 通 有 高 频 交 流 电流 的 具 有 零 或 负磁 致 伸 缩 系 数 材 料 的 交 流 阻 抗 随 外 加 直 流 磁 场 的改 变 而 剧 烈 变 化 的 特 性 。１９ ９ ２年 ， 日本 名 古 屋 大 学 毛 利 佳 年 雄 教 授 等 人首 先 在 非 晶 丝 材 中报 道 这 种 现 象 ， 后 Ｇ 材 料 的 研 究 扩 大 到 非 晶带 材 、 此 ＭＩ
Ｃｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ａ ｌ ｓｓ ｏ ｉ ｎ ａ ｎ ｔ —ｍ ｐｅ ａ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ｎａ ｙ ｉ ｆｇ ａ ｔ ｍ ｇ ｅ ｏ ｉ ｄ ｎ ｅ ｓ ｎ ｏ ｎ ａ ｏ ｐｈ ｕｓ ｎ ｎ ｃ ｙ ｔ ｌ ｎ ｌ ｅ ｓ ｒ ｉ ｍ ｒ ｏ ・ ａ ０ ｒ ｓａ ｌ ｅ ｆ ｍ ｉ ｉ
究 与带 材轴 线平 行 和 垂 直 方 向 磁 场 的输 出特 性 。研 究 表 明 ： ｌ ． Ｈｚ 近 的 激 励 频 率 作 用 下 ， 感 器 在 ０ ５Ｍ 附 传
输 出取 得最 大值 ； 传感器对平行 磁场 有一段高灵敏的线性 工作 区间 ， 对垂 直磁场不 响应 ； 纳米 晶带材 Ｇ ＭＩ
Ｃ ＩＸｕｌ Ｅ Ｇ Ｄ —ｈ ｎ ，ＬＵ Ｇ ｉ ｉｎ ， Ｕ Ｈ ｎ —ａ Ｚ Ｎ ｉ ｕ ， Ｉ ｎｊ ＨＡ ｉ・ ，Ｚ Ｎ ｅｃ ａ ｇ Ｉ ｕ— ｏ ｇ Ｙ ｏ ｇｙ ， ＨＯ Ｇ Ｘ － ｎ Ｌ Ｕ Ｗｅ －ｅ ｉ ｘ ｃ ｉ
（ ｃ ｏ ｌ ｆ ｅ ｈ ｎｃ ｌ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｓ ｕｈ Ｃ ｉａ Ｕ ｉ ｒｉ ｆ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｇｕ ｎ ｚ ｏ １ ６ ０ Ｃ ｉａ Ｓ ｈ ｏ ｃ ａ ｉａ Ｅ ｇｎ ｅ ｉ ， ｏ ｔ ｈｎ ｎｖ ｓ ｙ ｏ ｃ ｎ ｌｇ ， ａ ｇ ｈ ｕ５ ０ ４ ， ｈｎ ） ｏＭ ｎ ｅ ｔ Ｔ Ａｂ ｔａ ｔ ｎａ ｏｐ ｏ ｓｎ ｎ ｅ ｓ ｌｎ ｌ ｉｎ ｍａｎ ｔ ｉ ｐ ｄ ｎ ｅ Ｇ ） ａ ｎ ｔ ｅ ｓｒｉ ｐｅ ａｅ ． ｈ ｓｒ ｃ ：Ａ ｍ ｒｈ ｕ — ａ ｏ ｒ ｔ ｌ ｅｆ ｍ ｇ ｔ ｇ ｅ — ｅ ａ ｃ （ Ｍ１ ｍ ｇ ｅｉ ｓｎ ｏ ｒ ｒ Ｔ ｅ ｙ ａｉ ｉ ａ ｏｍ ｃ ｓ ｐ ｄ
非晶合金带巨磁阻抗效应新型磁传感器研究
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ Ｔｅ ｈ ｉ ｕ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎ ｔｕ ｎ ｃ ｎｑ ｅ ｎ ｅｓｒ
２ ０ ０８ Ｎｏ ９ ．
第 ９期
非 晶合 金 带 巨磁 阻抗效 应 新 型磁 传 感器 研 究
鲍 丙豪 ， 亚 东，ห้องสมุดไป่ตู้周 王伟 志
ｕｅ ｅｗ ａ ａｎ ｔ ｅ ａｕｅ ｎ ｗｔ ｉ ｓｎｉｖ ｙ ｓｄｉ ｔ ｅｋｍ ｇｅ ｃｆｌ ｍｅｓｒｍｅｔ ｉ ｈ曲 ｅｓ ｉｔ． ｎｈ ｉｉ ｄ ｈ ｔｉ
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非晶软磁合金的巨磁阻抗效应及应用
非晶软磁合金的巨磁阻抗效应及应用
钟智勇;陈伟元
【期刊名称】《功能材料》
【年(卷),期】1997(028)003
【摘要】近来在ＦｅＣｏＳｉＢ等Ｃｏ基非晶体丝带中现了巨磁阻抗效应，由于在一小的直流纵向偏置场下该效应能使丝带两端的交流电压发生大而灵敏的变化，因而在磁记录头和传顺技术中具有巨大的应用科学潜能，受到各国学者的关注，本文简单介绍了巨磁阻抗效应的来源，并综述了近年来非晶体软磁合金材料的的巨磁阻抗效应及应用的研究进展，文章最后说明了尚待深入解决的问题。
【总页数】4页(P224-227)
【作者】钟智勇;陈伟元
【作者单位】电子科技大学CAE研究中心;电子科技大学CAE研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TG132.271
【相关文献】
1.FeNiCrSiB非晶软磁合金薄带的巨磁阻抗效应 [J], 吴厚政;刘宜华;张林;萧淑琴;代由勇;周少雄
2.软磁非晶丝巨磁阻抗效应传感器研究进展与应用 [J], 蒋颜玮;房建成;盛蔚;黄学功
3.非晶Co基软磁合金巨磁阻抗效应研究 [J], 张榕;王健
4.钴基非晶软磁合金薄带的磁特性和巨磁阻抗效应 [J], 吴厚政;马正元
5.Co-Fe-Ni-Nb-Si-B非晶软磁合金薄带巨磁阻抗效应 [J], 吴厚政;刘宜华;张林;萧淑琴;代由勇
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（凝聚态物理专业优秀论文）非晶、纳米晶玻璃包裹丝的软磁性能及巨磁阻抗效应研究
一４ｋＨ：）；（４）抗电磁干扰性能强；（５）热稳定性好，可以在一４００ｃ一＋１５００ｃ下正常工作。
图１—６利用纳米晶研制的ＧＭＩ汽车防抱死传感器Ｆ培ｌ－６．ＡＢｓｓｅｎｓｏｒｕｓｉｎｇｎ阻ｏｃｒｙｓ诅ｌｌｉＩｌｅＧＭＩｅ旋ｃｔ采用比较电路，可以将输出信号调制成频率输出，如图１—７所示。
图中磁敏元件和可调电阻一起构成谐振电路刚，然后利用比较器将电压调制成频率输出，频率随外加磁场变化敏感，其测量范围和灵敏度可以通过对磁敏元件进行不同应力退火来调节。
图ｌ－７调频调制ＭＩ传感器电路Ｆｉｇ．１－７Ｃｉｒｃｕｎｄｉａ掣ａｍｏｆｔｌｌｅｌｉｎｅａｒｉｚｄＦＭ－ＭＩｓｅｎｓｏｒ由于ＧＭＩ效应的高灵敏性，可以检测包覆磁性粒子的生物大分子【５５】。
用ｃｏＦｅｓｉＢ玻璃包裹非晶丝制成生物分子传感器，适合于生物分子的鉴别，灵敏度是磁性粒子数为２５＿３０个／肛ｌ，这种ＧＭＩ传感器为我们提供了一种灵敏度高、热稳定性好的鉴别工具。
图１—８为ＧＭＩ磁敏生物传感器工作原理示意图。
由于丝、薄膜材料形状结构易于控制，易应用于集成电路中，所以对巨磁阻抗材料的开发研究对上述各种新型传感器的小型化和集成化及生产的批量化有着重要意义。
图１－８Ｇ￣Ⅱ磁敏生物传感器工作原理示意图晦１－８．Ｔｈｅｐ血ｃｉｐｌｅｏｆａＧＭＩ－ｂａｓｅｄ瑚弘ｅｔｉｃｂｉｏｓｅｎｓｏｒ，ｕｓ吣ｔｌｌｅｓ正ＩＮＡｈｙｂｒｉｄｉｚａ廿ｏｎｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎａｓｅｘ咖ｐｌｅ瞰１．§１．６本文研究的目的和意义用Ｔａｙｌｏｒ＿ｕｌｉｔｏｖｓｋｙ方法制备非晶玻璃包裹丝，经适当温度退火处理后可得到玻璃包裹纳米晶丝，成为一种新型纳米磁性材料。
同时绝缘玻璃层的存在也使丝的稳定性提高和使用寿命延长，更加能够满足各种研究及生产需要等，另外制备时对合金的晶化能力限制也降低。
如能在玻璃包裹纳米晶丝中发现良好的巨磁阻抗效应，将有利于进一步推动微型传感器的研究和发展。
本文制备玻璃包裹纳米晶丝，控制其金属层半径和细丝的半径，以期获得较好的软磁性能和较大的磁阻抗变化。
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新.磁.（上.海）.电.子.有.限.公.司 2013.12 By Tony 邮.件. sensors-ic at
GMI Sensor
巨磁阻抗传感器简介
巨磁阻抗效应（GiantMagneto-Impedance effects, GMI）是 指软磁材料的交流阻抗随外加磁场的改变而发生显著变化 的现象，产生GMI效应的主要原因是高频电流的趋肤效应。 GMI磁传感器采用交流驱动,具有灵敏度高、饱和磁场低、 响应快和稳定性好等优点。利用GMI非晶丝材料可设计成高 灵敏度的磁场传感器，用于微弱磁场、电流、位置、生物 分子浓度等物理量的检测,在地磁场测量、地磁匹配导航及 多种弱磁传感器中有着广泛的应用，具有很大的应用前景 和研究价值。
Parameters Technical Dataity Frequency Response Non-linearity Noise Supply Voltage Operating temperature dimensions
测磁范围 灵敏度 响应频率 非线性度 噪声 电源电压 工作温度 模块尺寸
GMI传感器的性能优势
Superior Sensing Performance
(2) Fast Response，Frequencies up to 1MHz are possible.
GMI传感器的性能优势
Superior Sensing Performance
(3) Excellent TemperatureStability
GMI传感器材料——GMI效应
CHARACTERIZATION OF MAGNETO-IMPEDANCE THIN FILM MICROSTRUCTURES
GMI效应测试—非晶 材料GMI特性测量仪
非晶材料磁阻抗特性测量仪简介 一、主要技术参数 1. 系统控制主机：内含可1路可调恒流源（0.3mA~50mA）、2路4 1/2数字电压表和1块USB接口24bit数据采集卡；功耗：<50W。 2. 自动扫描电源：0~±5A，扫描周期8~80秒。 3. 亥姆霍兹线圈：0~±160Gs。 4. 测量专用检波与放大电路技术参数：输入信号动态范围：±30 dB；输出电平灵敏度：30mV / dB；,输出电流：8mA；,转换速率：25 V /μs；相位测量范围： 0~180°；相位输出时转换速率：30MHz；响应时间：40 ns～500 ns；测量夹头间隔10mm。 5. 计算机：PC兼容机，Windows XP、Windows 7操作系统。 6. 数据采集软件：运行环境Windows XP、Windows 7操作系统。
A High Dynamic Range GMI Current Sensor
GMI传感器检测电流
A High Dynamic Range GMI Current Sensor
GMI传感器检测电流
A High Dynamic Range GMI Current Sensor
. Block diagram of the closed-loop.
三轴赫姆霍兹线圈磁场 发生装置
・Within its Helmholtz coils, this device will generate a magnetic field with optional settings or a space with zero magnetic field. ・It uses ultra-high sensitivity MI sensors to measure the magnetic field. ・Three-axis Helmholtz coils controlled by computer are used to generate the magnetic field.
传感器基础材料—非晶丝
The MI Sensor makes use of the Giant MagnetoImpedance effect of magnetic amorphous metal wire.
GMI传感器材料——GMI效应
材料的GMI效应可以用样品阻抗Z随外加磁场Hex变化的ZHex曲线来表征，但这样的曲线不能明确反映出磁阻抗效 应的强弱程度。特别是由于样品的测量长度无法严格控 制，不同样品的Z-Hex无法相互比较，因此可选用阻抗的 相对变化值随外加磁场的变化曲线来表征，用没有外加 磁场时的样品阻抗Z0作为“阻抗的相对变化量”的变化 基准，即DZ/Z0=(Z-Z0)/Z0，其变化率与样品本身的长度无 关。因为测量电流的频率不高，测量导线的发射并不严 重，因此采用四点法进行测量。
Due to high Curie temperature of the wire, temperature characteristic shows excellent stability. This is one of the strengh of MI sensor when compared to the semiconductor magnetic sensors such as hall effect sensors.
GMI传感器电路设计
然后通过信号处理电路检测非晶丝两端的输出电压随外加磁场的 变化，利用单片机进行电压与磁场的转换，从而形成微型磁传感 器。整个传感器由传感单元、信号检测单元、数据采集单元、实 时显示单元和数据传输单元构成，主要包括激励源电路、磁感应 探头、模拟信号处理电路、单片机数据处理电路以及数码管显示 电路。 基本工作过程为：磁敏感元件非晶丝感应与其轴向重合的外加磁 场变化，经过激励电流的作用产生交变信号，模拟信号处理电路 将其变换成对应于磁场变化的电压信号。单片机控制数据采集并 进行计算，输出磁场强度送数码管显示。
微型MI元件设计
Consists of a micro-pickup coil wrapped around the amorphous meta wire.The pickup coil detects the imaginary part of the MI effect.
GMI传感器的性能优势
GMI传感器电路设计
电路基本原理是利用非晶丝在几兆赫兹固定频率、几毫 安的交变电流激励下，其阻抗值Z＝R＋Xi随沿丝轴方向 施加的外磁场而发生变化的现象。根据图2的阻抗变化特 征，选取其中阻抗值最大也最敏感的10MHz交变电流激 励，激发电流的大小对材料特性的影响不大，根据经验 选取其值为10mA。非晶丝在0.25mT以下的磁场激励下阻 抗变化近似线性且曲线的斜率较大，利用此段特性作为 传感器的感应区域。
of 1V/μT and a noise level of 1 nT[51].
GMI传感器选型说明（模拟电压输出）
XM-1DH型GMI传感器主要检测弱磁场变化，可检测出1nT的 磁场噪声变化，该传感器包含一个高灵敏度磁敏单元以及 与之搭配的信号处理单元。传感器通过将截断频率限制在 较低的0.1Hz，消除了静态磁场（地磁场），只感应移动 的铁质物质，且响应非常灵敏，能够感应出约10米远处的 铁质物体，由于该产品的高灵敏性，其可以检测到直径小 到0.1mm的铁性物质，故该产品可以应用于安检、磁定位 测量、组建空间磁场测量阵列等
GMI传感器芯片设计
GMI传感器芯片设计
GMI传感器芯片设计
GMI传感器芯片设计
GMI传感器芯片设计
GMI传感器芯片设计
GMI传感器芯片设计
GMI传感器芯片设计
GMI传感器检测电流 A High Dynamic Range GMI Current Sensor
GMI传感器检测电流
GMI传感器材料——GMI效应
图所示为四点法测量示意图。其中1为亥姆霍兹线圈， 提供匀强磁场；2是本设计使用的非晶丝样品；3是霍 尔传感器，用于测量磁场强度。用示波器分别接入电 阻和非晶丝两端以显示电压变化。
GMI传感器材料——GMI效应
某实验利用国内研制的CoFeNbSiB合金非晶丝作为敏感元件。在室 温下材料对温度的变化不敏感，利用图示的测量方法，在室温下进 行测量。图2所示为在不同频率的激励信号下样品的阻抗随磁场变 化的曲线，在0.25mT的磁场作用下，其阻抗都将达到最大值，当激 发电流频率为10MHz时，其阻抗值为最大
4.0 uT pp (at ± 40 uT DC field) 1V/uT 0.1Hz to 1kHz @ -3dB ＜2%FS 200pT/√Hz @ (0.1Hz to 1kHz) 典型5V 可靠范围-0.3～6V -20～60℃ 11×35×4.6mm
日本Aichi 的GMI传感器
我司代理日本Aichi 的GMI传感器， 目前是日本Aichi在中国的总代理 并同时与台湾/西班牙等地机构合作研发GMI传感器
FIGURE 7. a) Layout of the commercialized GMI sensor from Aichi Steel Co. (b) Noise output of the GMI sensor. b) Fig. 7showsa GMI sensor developed by Aichi Steel Co., which has a very high sensitivity
(1) Extremely High Sensitivity， up to 10-6 Gauss can be detected.
GMI传感器的性能优势
GMI传感器的性能优势
主要磁传感器性能对比 器件种类 探头长度 分辨率 响应速度 功耗 霍尔器件 10-100 0.5Oe/1kOe 1MHz 10mW MR器件 10-100 0.1Oe/100Oe 1MHz 10mW GMR器件 10-100 0.01Oe/20Oe 1MHz 10mW 磁通门 10-20mm 1μOe/3Oe 5kHz 1W GMI器件 1-2mm 1μOe/3Oe 1MHz 10m