回音壁模式微腔磁传感器及探测方法技术

本发明专利技术提供一种回音壁模式微腔磁传感器及探测方法，回音壁模式微腔磁传感器包括回音壁模式微腔、磁致伸缩层及底座，磁致伸缩层与回音壁模式微腔相接触，底座与回音壁模式微腔相接触，用以支撑回音壁模式微腔。本发明专利技术通过将回音壁模式微腔与磁致伸缩层相结合，使得磁致伸缩层在磁场下产生共振，以产生机械响应，从而可改变与之相接触的回音壁模式微腔的光路长度，进而改变回音壁模式微腔的谐振频率，磁场的大小与谐振频率的移动呈线性关系，从而使回音壁模式微腔磁传感器具有高灵敏度，以适用于不同的磁场探测，尤其是针对低磁场强度、低频率的生物磁探测。低频率的生物磁探测。低频率的生物磁探测。

【技术实现步骤摘要】
回音壁模式微腔磁传感器及探测方法


[0001]本专利技术属于磁传感器领域，涉及一种回音壁模式微腔磁传感器及探测方法。

技术介绍

[0002]生物磁是生物体生物电活动产生的磁场，具有磁场强度低(～pT甚至～100fT)、频率低(几Hz～百Hz)的特点，通过捕获生物所产生的磁场，可以研究生物电活动的工作机理。目前生物磁领域有许多应用，比如脑磁图仪、心磁图仪等。
[0003]目前生物磁传感器主要有：超导量子干涉器件(Superconducting QUantum Interference Device，简称SQUID)、SERF原子磁强计(SERF:Spin
‑
Exchange Relaxation
‑
Free)、隧道磁阻传感器(Tunnel MagnetoResistance，简称TMR)等，但各自均具有其优劣点，如：SQUID探测灵敏度极高，商用检测仪器可达1fT/√Hz，但是该器件需求工作在低温环境，且造价高，使其在低频生物磁应用存在一定阻碍；SERF原子磁强计是一种新兴的磁强计，目前其商用器件灵敏度为15fT/√Hz，但同样该器件对环境的要求非常苛刻；TMR传感器虽然价格低廉，但是其商用的器件灵敏度较低。
[0004]因此，提供一种回音壁模式微腔磁传感器及探测方法，实属必要。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种回音壁模式微腔磁传感器及探测方法，用于解决现有生物磁传感器在进行生物磁探测时所面临的上述一系列探测问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种回音壁模式微腔磁传感器，所述回音壁模式微腔磁传感器包括：
[0007]回音壁模式微腔；
[0008]磁致伸缩层，所述磁致伸缩层与所述回音壁模式微腔相接触，所述磁致伸缩层接收磁信号以产生机械响应，并改变所述回音壁模式微腔的谐振频率；
[0009]底座，所述底座与所述回音壁模式微腔相接触，用以支撑所述回音壁模式微腔。
[0010]可选地，所述回音壁模式微腔包括回音壁模式微球腔、回音壁模式微盘腔及回音壁模式微芯环腔中的任一种。
[0011]可选地，当所述回音壁模式微腔为所述回音壁模式微盘腔或所述回音壁模式微芯环腔时，所述回音壁模式微腔的形貌包括跑道型回音壁模式微腔或圆环型回音壁模式微腔。
[0012]可选地，所述磁致伸缩层的磁致伸缩系数范围为10ppm～2000ppm。
[0013]可选地，所述磁致伸缩层包括超磁致伸缩层，所述超磁致伸缩层包括Tb
‑
Dy
‑
Fe系合金超磁致伸缩层。
[0014]可选地，所述回音壁模式微腔为二氧化硅回音壁模式微腔，所述底座为硅底座。
[0015]可选地，上述任一所述回音壁模式微腔磁传感器适用于探测生物磁信号。
[0016]另本专利技术还提供一种回音壁模式微腔磁传感器的探测方法，包括以下步骤：
[0017]提供上述任一所述回音壁模式微腔磁传感器；
[0018]将所述回音壁模式微腔磁传感器置于磁场中，通过所述磁致伸缩层接收磁信号产生机械响应，并改变所述回音壁模式微腔的谐振频率。
[0019]可选地，通过改变所述回音壁模式微腔磁传感器的结构参数，获得所述回音壁模式微腔磁传感器的特征频率，以调节所述回音壁模式微腔磁传感器的灵敏度。
[0020]可选地，所述回音壁模式微腔磁传感器的结构参数包括所述底座与所述回音壁模式微腔相接触的面积、所述回音壁模式微腔的微腔长度、所述回音壁模式微腔的厚度、所述磁致伸缩层的材质及所述回音壁模式微腔的材质中的任一种或组合。
[0021]如上所述，本专利技术的回音壁模式微腔磁传感器及探测方法，所述回音壁模式微腔磁传感器包括回音壁模式微腔、磁致伸缩层及底座，所述磁致伸缩层与所述回音壁模式微腔相接触，所述磁致伸缩层接收磁信号以产生机械响应，并改变所述回音壁模式微腔的谐振频率，所述底座与所述回音壁模式微腔相接触，用以支撑所述回音壁模式微腔。
[0022]本专利技术通过将回音壁模式微腔与磁致伸缩层相结合，使得磁致伸缩层在磁场下产生共振，以产生机械响应，从而可改变与之相接触的所述回音壁模式微腔的光路长度，进而改变所述回音壁模式微腔的谐振频率，磁场的大小与谐振频率的移动呈线性关系，从而使所述回音壁模式微腔磁传感器具有高灵敏度，以适用于不同的磁场探测需求，尤其是针对低磁场强度、低频率的生物磁探测。
附图说明
[0023]图1显示为本专利技术实施例中的回音壁模式微腔磁传感器的结构示意图。
[0024]图2显示为图1中的回音壁模式微腔磁传感器的截面示意图。
[0025]图3显示为本专利技术实施例中进行回音壁模式微腔磁传感器模拟探测时的装置结构示意图。
[0026]图4显示为本专利技术实施例中进行回音壁模式微腔磁传感器模拟探测时的操作流程示意图。
[0027]图5a～图5d显示为本专利技术实施例中的回音壁模式微腔磁传感器在不同频率下的特征模态示意图。
[0028]图6显示为本专利技术实施例二中的回音壁模式微腔磁传感器的特征频率图。
[0029]图7显示为本专利技术实施例三中的回音壁模式微腔磁传感器的特征频率图。
[0030]图8显示为本专利技术实施例中不同磁致伸缩层的磁致伸缩系数图。
[0031]图9显示为本专利技术实施例一中的回音壁模式微腔磁传感器特征频率图。
[0032]元件标号说明
[0033]100
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
回音壁模式微腔磁传感器
[0034]110
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
回音壁模式微腔
[0035]120
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
磁致伸缩层
[0036]130
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
底座
[0037]200
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
磁场发生装置
具体实施方式
[0038]回音壁模式微腔具有高品质因子和小模式体积，目前已经成为超高灵敏度传感的优秀平台，在传感器各个领域都有广泛的应用，例如温度传感器、纳米粒子传感器、压力传感器等；磁致伸缩材料的磁致伸缩系数较大，推力较大，能量转换效率高，作为新一代的智能材料，广泛应用于各种领域。
[0039]基于目前磁探测的需求，本专利技术将回音壁模式微腔与磁致伸缩材料结合，以将回音壁模式微腔用于磁传感，从而提出一种回音壁模式微腔磁传感器及探测方法，能够降低磁传感器的谐振频率，提高器件对磁信号的灵敏度，尤其是低频生物磁信号的敏感性，同时此器件相比于同应用类型的低温超导量子干涉器件等具有较高的时间分辨率和空间分辨率，且可工作在室温环境，能做到集成封装，可给磁探测领域尤其是生物磁探测提供新的选择，具有较好的推广应用性。
[0040]以下通过特定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种回音壁模式微腔磁传感器，其特征在于，所述回音壁模式微腔磁传感器包括：回音壁模式微腔；磁致伸缩层，所述磁致伸缩层与所述回音壁模式微腔相接触，所述磁致伸缩层接收磁信号以产生机械响应，并改变所述回音壁模式微腔的谐振频率；底座，所述底座与所述回音壁模式微腔相接触，用以支撑所述回音壁模式微腔。2.根据权利要求1所述的回音壁模式微腔磁传感器，其特征在于：所述回音壁模式微腔包括回音壁模式微球腔、回音壁模式微盘腔及回音壁模式微芯环腔中的任一种。3.根据权利要求2所述的回音壁模式微腔磁传感器，其特征在于：当所述回音壁模式微腔为所述回音壁模式微盘腔或所述回音壁模式微芯环腔时，所述回音壁模式微腔的形貌包括跑道型回音壁模式微腔或圆环型回音壁模式微腔。4.根据权利要求1所述的回音壁模式微腔磁传感器，其特征在于：所述磁致伸缩层的磁致伸缩系数范围为10ppm～2000ppm。5.根据权利要求4所述的回音壁模式微腔磁传感器，其特征在于：所述磁致伸缩层包括超磁致伸缩层，所述超磁致伸缩层包括Tb
‑
Dy
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥燕，平航，吕昊晟，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：