一种温度及磁场薄膜传感器及其数据采集分析系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于温度及磁场薄膜传感器的数据采集分析系统，包括薄膜传感器和数据采集分析模块，所述薄膜传感器包括石英衬底，石英衬底上镀有锰氧化物薄膜，锰氧化物薄膜上镀有金属电极Ⅰ和Ⅱ，金属电极Ⅰ和Ⅱ通过焊盘与外界导线连接，锰氧化物薄膜上覆盖有钝化保护层；所述数据采集分析模块包括恒流源，恒流源的输出端以及电压放大电路的输入端均与薄膜传感器通过焊接在金属电极上的金属引线相连接，薄膜传感器上的电压信号经由电压放大电路进行放大，电压放大电路与数据采集器相连，电压信号由数据采集器采集并传送到计算机。本发明专利技术能实现同时或分时对温度和磁场的测量，选用薄膜传感材料，使得设备体积较小，降低了其对测试环境的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种温度及磁场薄膜传感器及其数据采集分析系统
本专利技术涉及传感器领域，特别涉及一种能同时或分时测量温度和磁场大小的温度及磁场薄膜传感器及其数据采集分析系统。
技术介绍
传统的传感器功能用途都比较单一，通常情况下，一个传感器只能测量一种类型的外界参数。例如，热电偶温度传感器只能测量环境中的温度，而不能测量其他类型的环境物理量。特斯拉计也只能测量环境中的磁场大小。随着探测技术的发展，功能单一的传感器越来越不能满足日益复杂的数据采集任务，另一方面传感器功能的单一也意味着系统的高复杂性和高费用。传统传感器的探测部分一般都是圆柱状或半圆状，具有较大的体积和大小，因此在探测过程中存在灵敏度不高和响应时间时间较长的不足。例如，铂电阻温度传感器的探测部分是圆柱状，只有当外界变化的温度传导至金属铂，引起金属铂温度的变化，由于金属铂具有相当的体积，因此导致其探测时间的滞后。随着现代集成电路技术的不断成熟，较小体积和高精度的传感器将会更受欢迎。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服传统传感器功能单一、响应时间长和体积较大等方面的不足，提供一种能测试温度、磁场的温度及磁场薄膜传感器及其数据采集分析系统。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：基于温度及磁场薄膜传感器的数据采集分析系统，包括薄膜传感器和数据采集分析模块，所述薄膜传感器包括石英衬底，所述石英衬底上镀有锰氧化物薄膜，所述锰氧化物薄膜上镀有金属电极Ⅰ和金属电极Ⅱ，所述金属电极Ⅰ和金属电极Ⅱ通过焊盘分别连接一金属引线，所述锰氧化物薄膜上覆盖有钝化保护层；所述数据采集分析模块包括恒流源、电压放大电路、数据采集器和计算机，所述恒流源的两端分别与薄膜传感器通过焊接在金属电极Ⅰ和金属电极Ⅱ上的金属引线相连接，所述电压放大电路的两个输入端分别与薄膜传感器通过焊接在金属电极Ⅰ和金属电极Ⅱ上的金属引线相连接，所述薄膜传感器上的电压信号经由电压放大电路进行放大，所述电压放大电路与数据采集器相连，电压信号由数据采集器采集并传送到计算机。进一步，所述的锰氧化物薄膜由具有庞磁电阻效应（CMR）的锰氧化物材料La2/3(Ca0.6Ba0.4)1/3MnO3成型，该材料能够对环境中温度和磁场的变化进行快速响应。进一步，所述的锰氧化物薄膜通过脉冲激光沉积或磁控溅射的方法沉积在石英衬底上，所述石英衬底为矩形衬底，其尺寸为3mm×5mm。进一步，所述的锰氧化物薄膜的沉积厚度为500nm。进一步，所述的金属电极Ⅰ和金属电极Ⅱ通过脉冲激光沉积或磁控溅射的方法对称地镀在锰氧化物薄膜上，所述金属电极Ⅰ和金属电极Ⅱ上分别焊接有金属引线Ⅰ和金属引线Ⅱ，所述金属引线Ⅰ和金属引线Ⅱ分别通过金属电极Ⅰ和金属电极Ⅱ与薄膜传感器连接，且金属电极Ⅰ和金属电极Ⅱ的形状为矩形或圆形。进一步，所述的锰氧化物薄膜及金属电极Ⅰ和金属电极Ⅱ完全被钝化保护层所覆盖，所述钝化保护层由SiO2成型。进一步，所述的电压放大电路的主控芯片为AD623。进一步，所述的数据采集器为16位的USB-6002数据采集卡，所述USB-6002数据采集卡通过USB通讯方式与计算机连接。进一步，所述的计算机对数据的接收以及分析处理功能是在虚拟仪器开发软件LabVIEW中完成的。本专利技术采用以上技术方案，其有益效果是：本专利技术采用具有巨磁电阻效应及温度电阻效应的锰氧化物材料作为感应器件，使得传感器能够同时或分时探测环境中的温度和磁场强度大小，解决了传统的传感器功能单一的缺点，并提高了传感器的探测精度；将感应器件做成体积较小的薄膜结构，这种薄膜结构一方面能够提高传感器的响应速度，有效地解决了传统传感器响应速度慢的不足；另一方面薄膜结构体积较小，更加有利于器件的集成化应用；传感器感应材料La2/3(Ca0.6Ba0.4)1/3MnO3本身是氧化物，该锰氧化物薄膜传感器具有性能稳定、寿命长的优点。附图说明以下结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明；图1是本专利技术的结构示意图。图2是图1中薄膜传感器图形及引线焊接示意图。图3是薄膜传感器保护层及引线焊接示意图。图中1恒流源，2.薄膜传感器，3.电压放大电路，4.数据采集器，5.计算机，6.电源，7.石英衬底，8.金属电极Ⅰ，9.锰氧化物薄膜，10.金属电极Ⅱ，11.金属引线Ⅰ，12.金属引线Ⅱ，13.钝化保护层。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1-3之一所示，基于温度及磁场薄膜传感器的数据采集分析系统，包括薄膜传感器2和数据采集分析模块。其中，所述薄膜传感器2包括石英衬底7，薄膜传感器2是感知外界环境的装置，将锰氧化物薄膜9均匀地镀在石英衬底10上，锰氧化物薄膜9的厚度为500nm；在锰氧化物薄膜9两端对称地镀上金属电极Ⅰ8和金属电极Ⅱ10，将金属引线Ⅰ11和金属引线Ⅱ12分别焊接在金属电极Ⅰ8和金属电极Ⅱ10上；所述锰氧化物薄膜9上设有钝化保护层13，且钝化保护层13均匀地覆盖在锰氧化物薄膜9和金属电极Ⅱ10及金属电极Ⅰ8上。所述数据采集分析系统包括恒流源1、电压放大电路3、数据采集器4和计算机5，恒流源1的接线端以及电压放大电路3的输入端均与薄膜传感器2的金属引线Ⅰ11和金属引线Ⅱ12相连接，电压放大电路3对从金属电极Ⅱ10和金属电极Ⅰ8上输出的小电压信号进行放大，电源6为电压放大电路3提供电源，所述电压放大电路3与数据采集器4相连，数据采集器4通过USB方式与计算机5实现信息通讯，数据采集器4对放大后的电压信号进行采集，电压信号由数据采集器4采集后传送到计算机5。计算机5中安装有虚拟仪器开发软件LabView，编程软件程序中已存储有锰氧化物材料La2/3(Ca0.6Ba0.4)1/3MnO3在不同温度和磁场下的各种参数供调用运算，LabView软件通过数字和图形的形式对处理结果进行显示。其中，将AD623主控芯片作为电压放大电路3的核心放大器，数据采集器4为16位的USB-6002数据采集卡。所述锰氧化物薄膜9是具有庞磁电阻效应（CMR）的锰氧化物材料La2/3(Ca0.6Ba0.4)1/3MnO3，该材料对环境中温度和磁场的变化进行快速响应。所述锰氧化物薄膜9通过脉冲激光沉积或磁控溅射的方法沉积在石英衬底7上，石英7为矩形衬底，其尺寸为3mm×5mm。所述金属电极Ⅰ8和金属电极Ⅱ10通过脉冲激光沉积或磁控溅射的方法对称地镀在矩形锰氧化物薄膜9上，金属引线Ⅰ11和金属引线Ⅱ12通过金属电极Ⅰ8和金属电极Ⅱ10与薄膜传感器连接，且金属电极的形状为矩形或圆形。所述锰氧化物薄膜9及金属电极Ⅰ8和金属电极Ⅱ10完全被钝化保护层13所覆盖，所述钝化保护层13由SiO2成型。由于恒流源1的输出端以及电压放大电路3的输入端均与薄膜传感器2的金属引线Ⅰ11和金属引线Ⅱ12相连接，因此薄膜传感器2两端的电压可以测定，进而可以推算出锰氧化物薄膜9的电阻。由于该材料的电阻值受温度和磁场的调制，为了区分温度和磁场变量对材料电阻影响，我们称由于温度改变引起的电阻值变化为热电阻，由于磁场改变引起的电阻值变化为磁电阻，热电阻和磁电阻是该材料电阻的不同表现形式。一定的温度范围内，锰氧化物薄膜9的热电阻与外界温度呈线性关系R=R0+kT（k为可测量的系数），因此可以通过计算锰氧化物薄膜9的热电阻来确定外界温度。锰本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于温度及磁场薄膜传感器的数据采集分析系统，包括薄膜传感器2和数据采集分析模块，其特征在于：所述薄膜传感器2包括石英衬底7，所述石英衬底7上镀有锰氧化物薄膜9，所述锰氧化物薄膜9上镀有金属电极Ⅰ8和金属电极Ⅱ10，所述金属电极Ⅰ8和金属电极Ⅱ10通过焊盘分别连接一金属引线，所述锰氧化物薄膜9上覆盖有钝化保护层13；所述数据采集分析模块包括恒流源1、电压放大电路3、数据采集器4和计算机5，所述恒流源1的两端分别与薄膜传感器2通过焊接在金属电极Ⅰ8和金属电极Ⅱ10上的金属引线相连接，所述电压放大电路3的两个输入端分别与薄膜传感器2通过焊接在金属电极Ⅰ8和金属电极Ⅱ10上的金属引线相连接，所述薄膜传感器2上的电压信号经由电压放大电路3进行放大，所述电压放大电路3与数据采集器4相连，数据采集器4采集电压信号并传送到计算机5。

【技术特征摘要】
1.基于温度及磁场薄膜传感器的数据采集分析系统，包括薄膜传感器2和数据采集分析模块，其特征在于：所述薄膜传感器2包括石英衬底7，所述石英衬底7上镀有锰氧化物薄膜9，所述锰氧化物薄膜9上镀有金属电极Ⅰ8和金属电极Ⅱ10，所述金属电极Ⅰ8和金属电极Ⅱ10通过焊盘分别连接一金属引线，所述锰氧化物薄膜9上覆盖有钝化保护层13；所述数据采集分析模块包括恒流源1、电压放大电路3、数据采集器4和计算机5，所述恒流源1的两端分别与薄膜传感器2通过焊接在金属电极Ⅰ8和金属电极Ⅱ10上的金属引线相连接，所述电压放大电路3的两个输入端分别与薄膜传感器2通过焊接在金属电极Ⅰ8和金属电极Ⅱ10上的金属引线相连接，所述薄膜传感器2上的电压信号经由电压放大电路3进行放大，所述电压放大电路3与数据采集器4相连，数据采集器4采集电压信号并传送到计算机5。2.根据权利要求1所述的基于温度及磁场薄膜传感器的数据采集分析系统，其特征在于：所述的锰氧化物薄膜9由具有庞磁电阻效应的锰氧化物材料La2/3(Ca0.6Ba0.4)1/3MnO3成型。3.根据权利要求1所述的基于温度及磁场薄膜传感器的数据采集分析系统，其特征在于：所述的锰氧化物薄膜9通过脉冲激光沉积或磁控溅射的方法沉积在石英衬底7上，所述石英...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈水源，韩森，黄志高，侯薇薇，张旎，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建,35