一种基于磁栅结构的高精度磁阻微位移检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于微位移检测装置技术领域，具体涉及一种基于磁栅结构的高精度磁阻微位移检测装置，包括永磁体基板、第一永磁体、第二永磁体、磁栅层结构、磁阻层，所述永磁体基板的中心处设有方形凹槽，所述永磁体基板的方形凹槽内镶嵌有第一永磁体和第二永磁体，所述磁栅层结构设置在第一永磁体和第二永磁体上，所述磁阻层设置在磁栅层结构上。本发明专利技术将磁栅结构与隧道磁阻传感元件相结合，合理利用各自优点，在保证抗干扰能力的同时又能实现高精度微位移的测量。并且本发明专利技术的磁栅是在硅片上电化学沉积一层镍，然后通过硅片下方一对磁性相反的永磁体对镍层进行磁化，从而在磁栅上表面空间产生一个高变化率磁场。生一个高变化率磁场。生一个高变化率磁场。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁栅结构的高精度磁阻微位移检测装置


[0001]本专利技术属于微位移检测装置
，具体涉及一种基于磁栅结构的高精度磁阻微位移检测装置。

技术介绍

[0002]微位移传感技术是一项对现代科学研究和工业生产有着重要影响的传感技术，在高精度数控机床、航空航天、石油化工等国民经济各重要领域有着广泛应用。为符合各行各业尤其是现代化工业生产日益增长的需求，微位移测量正朝着高精度、数字化、抗干扰和智能化等方向发展。
[0003]微位移传感器的工作原理是将物体的位移量转换为可测的电信号，通过对电信号的分析求得微小位移量的改变。在工业应用中，较常见的位移传感器有电阻式、电容式、电感式、超声波、光栅式、磁致伸缩式等等。电阻式传感器线性度好，并且结构简单、稳定性较好，在生产过程检测及生产自动化领域成为主流手段。但电阻式位移传感器也具有易磨损，时间寿命较短的缺点，同时其测量精度也不高。电容式位移传感器是通过把位移量变化转化为电容变化来进行位移测量的一种传感器。除了具有非接触式所共有的无摩擦的特点之外，其还拥有大信噪比、高精度稳定性、较强抗电磁干扰能力等优点。在测量高频振动以及微小位移时尤其适用，但其缺点也同样明显，比如易受寄生电容影响、输出特性非线性等。光栅式是基于光的干涉和衍射现象，在进行微位移测量时具有很高的分辨率，可达到0.1
µ
m。光栅式位移传感器的优点在于分辨率高、耐热性好、抗电磁干扰能力强以及能耗小等等。然而在浮尘、烟雾等恶劣环境下，光的干涉与衍射效果都极易受到影响，同时复杂的光路也使得整体的集成性差，限制了其应用。

技术实现思路

[0004]针对上述光栅式位移传感器在浮尘、烟雾等恶劣环境下，光的干涉与衍射效果都极易受到影响，同时复杂的光路也使得整体的集成性差的技术问题，本专利技术提供了一种基于磁栅结构的高精度磁阻微位移检测装置，利用磁栅结构可在微位移的检测方向产生一个具有高变化率的磁场，当外界有位移变化时，会带动磁栅部分和隧道磁阻结之间产生一个相对位移，那么微位移的变化将转化为空间磁场的变化，进而导致隧道磁阻阻值的变化。该装置整体结构设计合理，工艺制造简单，可实现性强且集成性高。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于磁栅结构的高精度磁阻微位移检测装置，包括永磁体基板、第一永磁体、第二永磁体、磁栅层结构、磁阻层，所述永磁体基板的中心处设有方形凹槽，所述永磁体基板的方形凹槽内镶嵌有第一永磁体和第二永磁体，所述磁栅层结构设置在第一永磁体和第二永磁体上，所述磁阻层设置在磁栅层结构上。
[0007]所述磁栅层结构包括磁栅基底、N极磁化区、S极磁化区、磁栅，所述磁栅基底设置在第一永磁体和第二永磁体上，所述磁栅基底上设置有N极磁化区和S极磁化区，所述磁栅
设置在N极磁化区和S极磁化区之间。
[0008]所述磁阻层包括磁阻基底、磁阻元件、磁阻引线、测试电极Pad，所述磁阻基底设置在磁栅基底上，所述磁阻元件设置在磁阻基底上，所述磁阻元件通过磁阻引线与测试电极Pad电性连接。
[0009]所述第一永磁体和第二永磁体的磁性方向相反，所述第一永磁体和第二永磁体均采用型号为N52的钕铁硼永磁材料，所述第一永磁体和第二永磁体通过胶粘的方式对称的固定在永磁体基板方形凹槽内的两侧。
[0010]所述永磁体基板的方形凹槽的深度大于第一永磁体和第二永磁体的厚度。
[0011]所述N极磁化区、S极磁化区和磁栅均是在硅片上通过电化学工艺沉积一层20um厚的镍层得到的
[0012]所述磁阻元件采用型号为Q8V20的隧道磁阻元件，所述磁阻元件由13对隧道磁阻结组成，每对隧道磁阻结由两个极性相反的隧道磁阻结并列组成。
[0013]所述磁阻基底与磁阻元件键合连接，所述磁阻基底上通过磁控溅射生长有一层金。
[0014]所述测试电极Pad电性连接在移相电路上，所述移相电路电性连接在细分电路上，所述细分电路的细分芯片采用iC
‑
TW8芯片。
[0015]所述永磁体基板的材料采用硅、陶瓷或玻璃。
[0016]本专利技术与现有技术相比，具有的有益效果是：
[0017]本专利技术将磁栅结构与隧道磁阻传感元件相结合，合理利用各自优点，在保证抗干扰能力的同时又能实现高精度微位移的测量。并且本专利技术的磁栅是在硅片上电化学沉积一层镍，然后通过硅片下方一对磁性相反的永磁体对镍层进行磁化，从而在磁栅上表面空间产生一个高变化率磁场。本专利技术采用具有高灵敏特性的隧道磁阻效应进行检测，在微弱的磁场变化下隧道磁阻元件的阻值会发生剧烈变化，从而实现微小位移的检测。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
[0019]本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
能涵盖的范围内。
[0020]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0021]图2为本专利技术永磁体基板的结构示意图；
[0022]图3为本专利技术磁栅层结构示意图；
[0023]图4为本专利技术磁阻层结构示意图；
[0024]图5为本专利技术磁栅表面敏感轴方向的磁场分布图；
[0025]图6为本专利技术磁阻元件TMR电桥结构示意图；
[0026]图7为本专利技术的移相细分电路流程图；
[0027]图8为本专利技术移相电路的原理图；
[0028]图9为本专利技术细分电路的原理图。
[0029]其中：1为永磁体基板，2为第一永磁体，3为第二永磁体，4为磁栅基底，5为N极磁化区，6为S极磁化区，7为磁栅，8为磁阻基底，9为磁阻元件，10为磁阻引线，11为测试电极Pad，12为移相电路，13为细分电路。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制；基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0031]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0032]术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁栅结构的高精度磁阻微位移检测装置，其特征在于：包括永磁体基板（1）、第一永磁体（2）、第二永磁体（3）、磁栅层结构、磁阻层，所述永磁体基板（1）的中心处设有方形凹槽，所述永磁体基板（1）的方形凹槽内镶嵌有第一永磁体（2）和第二永磁体（3），所述磁栅层结构设置在第一永磁体（2）和第二永磁体（3）上，所述磁阻层设置在磁栅层结构上。2.根据权利要求1所述的一种基于磁栅结构的高精度磁阻微位移检测装置，其特征在于：所述磁栅层结构包括磁栅基底（4）、N极磁化区（5）、S极磁化区（6）、磁栅（7），所述磁栅基底（4）设置在第一永磁体（2）和第二永磁体（3）上，所述磁栅基底（4）上设置有N极磁化区（5）和S极磁化区（6），所述磁栅（7）设置在N极磁化区（5）和S极磁化区（6）之间。3.根据权利要求1所述的一种基于磁栅结构的高精度磁阻微位移检测装置，其特征在于：所述磁阻层包括磁阻基底（8）、磁阻元件（9）、磁阻引线（10）、测试电极Pad（11），所述磁阻基底（8）设置在磁栅基底（4）上，所述磁阻元件（9）设置在磁阻基底（8）上，所述磁阻元件（9）通过磁阻引线（10）与测试电极Pad（11）电性连接。4.根据权利要求1所述的一种基于磁栅结构的高精度磁阻微位移检测装置，其特征在于：所述第一永磁体（2）和第二永磁体（3）的磁性方向相反，所述第一永磁体（2）和第二永磁体（3）均采用型号为N52的钕铁硼永磁材料，所述第一永磁体（...

【专利技术属性】
技术研发人员：金丽，李旺，钟毓杰，阮怡，李孟委，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：