敏感技术物理及应用专题系列（IV）：磁敏传感器及其应用

本文从与磁敏传感器相关的物理效应出发。探讨了各种磁敏传感器的工作原理、材料及其主要应用．     

新型声表面波电流传感器*

将声表面波技术的快速响应特点与磁致伸缩薄膜的高磁敏特点相结合,可实现一种快速、高灵敏、稳定可靠的新型电流检测技术。传感器由双通道差分式振荡器与沉积在传感通道器件表面的声传播路径上的磁致伸缩薄膜组成。该文基于分层介质中声传播理论及磁致伸缩效应,对声表面波电流传感机理进行了分析,以实现对传感器结构的优化设计。实验研制了采用铁钴(FeCo)薄膜的声表面波电流传感器,测试结果表明,该传感器具有快速响应和高灵敏特点。为抑制磁致伸缩薄膜自身的剩磁效应所带来的高磁滞误差,采用的有效途径是将沉积的磁致伸缩薄膜进行图形化设计。实验结果表明,采用栅阵化FeCo薄膜结构的传感器表现出更高检测灵敏度、更好线性及更低的磁滞误差。     

自旋阀与多层膜巨磁电阻的特性测量及比较

介绍磁性多层膜中自旋极化输运和巨磁电阻效应,简述自旋阀巨磁电阻与多层膜巨磁电阻在材料组成结构和工作原理方面的区别,利用和改造现有的高校物理实验室中的实验仪器并设计简易的实验电路测量这两种类型的巨磁电阻的磁敏特性,并根据实验测量的结果将这两种传感器在其灵敏度和测量范围上进行比较和研究.     

用于电流传感的声表面波磁致伸缩效应

利用声表面波(SAW)磁致伸缩效应可以实现一种快速、高灵敏度的电流检测方法,但磁致伸缩薄膜内部矫顽力导致了明显的磁滞误差。磁致伸缩薄膜的栅阵化设计可以减小磁致伸缩时薄膜内部矫顽力,抑制磁滞现象,从而实现高灵敏和低迟滞误差的SAW电流检测。结合有限元和耦合模理论对沉积铁钴(FeCo)薄膜栅阵的声表面波电流传感器中的磁致伸缩效应进行分析,对传感响应进行仿真,确定优化的传感结构参数。为验证理论分析,实验研制了频率为150 MHz的声表面波电流传感器件,并结合差分振荡电路及亥姆霍兹线圈,建立传感器测试系统.实验结果表明,磁致伸缩薄膜的栅阵设计大幅降低了迟滞误差,并显著提升了传感器灵敏度。      

磁电阻式传感器及其应用

介绍了由８１ＮｉＦｅ／Ｃｒ多层膜制作的磁电阻式传感器的新应用。一对易磁化轴相互垂直的磁电阻元件构成二维磁场探头，用它检测了钢板上人工微裂缝附近的磁场分布。磁电阻元件与永磁块组合构成力矩传感器，用于人体重心摇摆检测。     

隧穿磁阻传感器研究进展

传感器作为物联网技术的基石,在人们的生产生活中发挥着重大作用.其中,基于隧穿磁阻效应(tunneling magnetoresistance, TMR)的磁传感器具有灵敏度高、尺寸小、功耗低等优点,在导航定位、生物医学、电流检测和无损检测等领域具有极大的应用前景.本综述以TMR传感器技术路线的发展为核心,囊括了从基本传感单元到三维空间磁场检测,再到实际应用的多个研究重点.首先,介绍了TMR传感器发展历程并阐明其基本工作原理,讨论了提高单个传感单元磁隧道结输出线性度的方法.接下来,详细介绍了传感器的重要电路结构—惠斯通电桥,以及制备TMR全桥结构的多种工艺方法.进一步,从三维空间磁场检测这一市场需求入手,深入讨论了基于TMR传感器的三维传感结构的设计和制备方法.同时,以传感器灵敏度和噪声水平这两大基本性能为切入点,列举了TMR传感器性能的优化方案.最后,本文对TMR传感器的应用展开了详细介绍,以自旋麦克风,生物传感器两个新兴应用为例,对TMR传感器未来在物联网中的发展和应用进行了展望.     

集磁式光纤电流传感器的研究

设计了一种应用块状磁光材料与集磁环相结合的集磁式光纤电流传感器。介绍了该传感器的结构及工作原理，构建了光纤电流传感器实验系统并进行了测试。实验结果表明，该集磁式光纤电流传感器在30kV工作电压下可准确实现30kA脉冲或连续电流的测量，为电力系统中高压大电流测量提供了一种切实有效的方法。     

磁免疫和荧光免疫传感器的构建及其在检测甲胎蛋白中的应用

甲胎蛋白(AFP)是常见的肝癌肿瘤标志物,在早期诊断方面起到重要作用。分别设计构建了磁免疫和荧光免疫传感器并将其应用于AFP的定量检测。在磁免疫传感器中,采用免疫磁珠代替传统固相载体,实现了目标物的快速分离;利用标记抗体上的辣根过氧化物酶(HRP)催化底物显色,根据底物吸光度值的大小进行定量检测。构建的AFP检测方法的检出限为3.6 ng·mL-1,线性范围为10~80 ng·mL-1。在荧光免疫传感器中,将碲化镉量子点(CdTe QDs)的荧光作为信号输出,并通过同时将多个CdTe QDs连接在纳米硅球表面实现信号放大,通过测量量子点荧光强度实现定量检测。该方法AFP检出限为4.2 ng·mL-1,线性范围为5~150 ng·mL-1。所设计的两种传感器均具有特异性强、灵敏度高的特点,为AFP的检测提供了新的思路和方法。     

基于新型霍尔传感器的高精度直流隔离传送与检测

实验探究并验证了新型霍尔传感器在高精度直流隔离传送与检测中的应用,实验发现在直流隔离传送与检测中,霍尔传感器相比于其他传感器或互感器,具有传感精度高、非线性好等突出优点,能够满足高精度隔离传送与检测的要求.实验除具有实际应用价值外,还适合在高校物理基础试验中开设相关课程.     

使用硅压力敏传感器自制物体密度测量仪

使用硅压力敏传感器自制了物体密度测量仪,分别对304不锈钢、石蜡和医药酒精的密度进行了测量,取得了较好的结果.力敏传感器的数显特点使学生能方便快捷地进行操作,减少了天平测量的繁琐过程,剔除了由于砝码长期使用磨损和污染带来的误差.硅压力敏传感器的引进改变了传统实验的思路,把一个简单的密度测量实验变成了一个力、电的综合实验,使传统的实验更具有新鲜感和吸引力,为物理实验的教学改革提供了一种新思路.