The invention discloses a three-axis pre-modulated low noise magnetoresistance sensor, including X, Y and Z-axis magnetoresistance sensors, X, Y and Z-axis magnetoresistance sensors including X, Y and Z-axis magnetoresistance sensor unit arrays, X, Y and Z-axis soft magnetic flux concentrator arrays, and X, Y and Z-axis pre-modulated wire arrays, X, Y and Z-axis magnetoresistance arrays, respectively. The X, Y and Z-axis pre-modulated wire arrays are respectively electrically connected into two-port X, Y and Z-axis excitation coils. When measuring the external magnetic field, the X, Y and Z-axis excitation coils are respectively excited by the f-frequency high-frequency AC excitation power supply, and the X, Y and Z-axis magnetoresistance sensor outputs. The frequency is 2F harmonic signal component, and demodulation can get X, Y and Z axis low noise signal. The invention has the advantages of simple structure, small size and low noise.
【技术实现步骤摘要】
一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器
本专利技术涉及磁性传感器领域，特别涉及一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器。
技术介绍
磁电阻传感器在正常使用时，存在着1/f噪声，降低磁电阻传感器的噪声，发展低噪声磁电阻传感器，对于提高磁信号的精确测量具有重要的意义。一般情况下，磁电阻传感器在低频时具有高的1/f噪声，而在高频时，则以热噪声为主，其噪声能量密度大大低于低频时的噪声能量密度，因此，选择将磁信号预先调制成高频磁场，而后再被磁电阻传感器测量，输出高频频率电压信号，而后进行解调，可以实现将磁信号测量从低频区域移动到高频区域的目的，从而降低1/f噪声能量密度。通过使用MEMS技术，在磁电阻传感器表面加工软磁通量集中器的振动结构，并驱动软磁通量集中器在磁电阻传感器表面周期性的振动，从而实现对静态外磁场的调制，该技术虽然有助于降低磁电阻传感器1/f噪声，但是，振动结构以及驱动器的加入使得磁电阻传感器的复杂程度和尺寸大为增加，工艺复杂程度也大为增加。三轴磁电阻传感器可以作为电子罗盘实现对空间磁场的三维测量，通常情况下，三轴磁电阻传感器的测量都是在静态磁场下实现对三维磁场的测量，因此存在着1/f噪声，影响对外磁场的测量精度，因此本专利技术旨在提出一种三轴预调制磁电阻传感器，能够实现测量信号的高频输出，从而获得低噪声的测量信号。
技术实现思路
本专利技术提出了一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，能够实现测量信号的高频输出，从而获得低噪声的测量信号。三轴磁电阻传感器包括X轴磁电阻传感器，Y轴磁电阻传感器和Z轴磁电阻传感器，所述与软磁通量集中器相关的X轴磁电阻传感器包括：1、单芯片参考桥...
【技术保护点】
1.一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，包括X轴磁电阻传感器、Y轴电阻传感器和Z轴磁电阻传感器，其特征在于，所述X轴磁电阻传感器包括X轴磁电阻传感单元阵列、X轴软磁通量集中器阵列以及X轴调制导线阵列，所述X轴磁电阻传感单元阵列电连接成X轴磁电阻传感电桥，所述X轴调制导线阵列电连接成两端口X轴激励线圈，在测量外磁场时，所述X轴激励线圈用于通过频率为f的高频交流激励电源，X轴磁电阻传感电桥用于输出频率为2f的谐波信号分量，并经解调得到X轴低噪声信号；所述Y轴低噪声磁电阻传感器包括Y轴磁电阻传感单元阵列、Y轴软磁通量集中器阵列以及Y轴调制导线阵列，所述Y轴磁电阻传感单元阵列电连接成Y轴磁电阻传感电桥，所述Y轴调制导线阵列电连接成两端口Y轴激励线圈，在测量外磁场时，所述Y轴激励线圈用于通过频率为f的高频交流激励电源，所述Y轴磁电阻传感电桥用于输出频率为2f的谐波信号分量，并经解调得到Y轴低噪声信号；所述Z轴低噪声磁电阻传感器包括Z轴磁电阻传感单元阵列、Z轴软磁通量集中器阵列以及Z轴调制导线阵列，所述Z轴磁电阻传感单元阵列电连接成Z轴磁电阻传感电桥，所述Z轴调制导线阵列电连接成两端口Z轴激励线圈，...
【技术特征摘要】
1.一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，包括X轴磁电阻传感器、Y轴电阻传感器和Z轴磁电阻传感器，其特征在于，所述X轴磁电阻传感器包括X轴磁电阻传感单元阵列、X轴软磁通量集中器阵列以及X轴调制导线阵列，所述X轴磁电阻传感单元阵列电连接成X轴磁电阻传感电桥，所述X轴调制导线阵列电连接成两端口X轴激励线圈，在测量外磁场时，所述X轴激励线圈用于通过频率为f的高频交流激励电源，X轴磁电阻传感电桥用于输出频率为2f的谐波信号分量，并经解调得到X轴低噪声信号；所述Y轴低噪声磁电阻传感器包括Y轴磁电阻传感单元阵列、Y轴软磁通量集中器阵列以及Y轴调制导线阵列，所述Y轴磁电阻传感单元阵列电连接成Y轴磁电阻传感电桥，所述Y轴调制导线阵列电连接成两端口Y轴激励线圈，在测量外磁场时，所述Y轴激励线圈用于通过频率为f的高频交流激励电源，所述Y轴磁电阻传感电桥用于输出频率为2f的谐波信号分量，并经解调得到Y轴低噪声信号；所述Z轴低噪声磁电阻传感器包括Z轴磁电阻传感单元阵列、Z轴软磁通量集中器阵列以及Z轴调制导线阵列，所述Z轴磁电阻传感单元阵列电连接成Z轴磁电阻传感电桥，所述Z轴调制导线阵列电连接成两端口Z轴激励线圈，在测量外磁场时，所述Z轴激励线圈用于通过频率为f的高频交流激励电源，所述Z轴磁电阻传感电桥用于输出频率为2f的谐波信号分量，并经解调得到Z轴低噪声信号。2.根据权利要求1所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述X轴磁电阻传感单元阵列、Y轴磁电阻传感单元阵列和Z轴磁电阻传感单元阵列具有相同的磁场敏感方向，且构成所述X轴磁电阻传感单元阵列、Y轴磁电阻传感单元阵列和Z轴磁电阻传感单元阵列的磁电阻传感单元的晶圆通过同一磁场退火工艺得到。3.根据权利要求1所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述X轴磁电阻传感单元阵列具有+X轴和-X轴磁场敏感方向，所述Y轴磁电阻传感单元阵列具有+Y轴和-Y轴磁场敏感方向，且二者的磁场敏感方向分别通过激光程控扫描加热退火获得，所述Z轴磁电阻传感单元具有X或者Y轴磁场敏感方向。4.根据权利要求1所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述X轴磁电阻传感器、Y轴磁电阻传感器分别通过单磁场敏感方向元切片翻转90、180、270度得到。5.根据权利要求1所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，构成所述X轴磁电阻传感单元阵列、Y轴磁电阻传感单元阵列和所述Z轴磁电阻传感单元阵列的磁电阻传感单元为GMR，TMR或者AMR。6.根据权利要求1所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述X轴磁电阻传感电桥、Y轴磁电阻传感电桥、Z轴磁电阻传感电桥分别为半桥，全桥或者准桥结构。7.根据权利要求2所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述X轴磁电阻传感器为参考桥式X轴磁电阻传感器，所述X轴磁电阻传感单元阵列包括位于所述X轴软磁通量集中器阵列间隙处的X轴敏感磁电阻传感单元串以及位于X轴软磁通量集中器上表面或者下表面Y轴中心线位置的X轴参考磁电阻传感单元串，所述X轴调制导线阵列的X轴调制导线平行于所述Y轴中心线且位于所述X轴软磁通量集中器中，以和所述X轴软通量集中器形成软磁材料层/调制导线层/软磁材料层复合结构，所述软磁材料层和所述调制导线层之间通过绝缘材料层隔离，且相邻两个所述X轴调制导线具有相反电流方向。8.根据权利要求7所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述X轴软磁通量集中器阵列包括敏感软磁通量集中器和参考软磁通量集中器，任意两个相邻的所述X轴参考磁电阻传感单元串、任意两个相邻的所述X轴敏感磁电阻传感单元串分别位于所述参考软磁通量集中器、所述敏感软磁通量集中器上表面或者下表面相对于Y轴中心线对称的两个位置处，所述X轴调制导线分别位于所述参考软磁通量集中器或所述敏感软磁通量集中器中并和其Y轴中心线平行，以形成所述软磁材料层/调制导线层/软磁材料层复合结构。9.根据权利要求2所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述X轴磁电阻传感器为具有U型软磁通量集中器的X轴推挽桥式磁电阻...
【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·G·迪克，周志敏，
申请(专利权)人：江苏多维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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