超高灵敏度磁阻抗传感器制造技术

本发明专利技术提供作为磁传感器灵敏度高、测定范围大的MI传感器。本发明专利技术的磁阻抗传感器，包括：磁阻抗元件，该磁阻抗元件具有由成为零磁致伸缩的软磁性合金的非晶构成的磁敏丝和在所述磁敏丝的周围经由绝缘物的检测线圈，通过向所述磁敏丝施加高频电流，而检测出根据外部磁场从检测线圈产生的电压；电流供给装置，向所述磁阻抗元件供给高频电流；信号处理电路，对来自检测线圈的输出进行信号处理，所述磁敏丝至少具有在丝的圆周方向进行自旋排列的表面层，所述高频电流具有0.3以上、1.0GHz以下的频率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及磁灵敏度优良的磁阻抗传感器(以下称为MI传感器)。
技术介绍
众所周知，向CoFeSiB系合金的非晶丝流过高频的脉冲电流或正弦波电流时，会产生因表皮效应导致阻抗根据磁场而变化的磁阻抗效应(以下称为MI效应)。存在通过来自非晶丝的两端的阻抗而直接检测出该变化的磁阻抗元件(以下称为MI元件)和通过卷绕于非晶丝的检测线圈而检测出该变化的MI元件。这些利用了 MI效应的高灵敏度磁传感器是MI传感器。该MI传感器目前使用于手机等，但存在若提高传感器的灵敏度则测定范围变小的问题。目前，通过利用反磁场的方法和控制磁敏丝的磁特性的方法这两种方法来进行灵敏度和测定范围的控制。利用反磁场的方法是如下方法为了提高灵敏度，通过延长磁敏丝而减少长边方向的反磁场。但是，由于反磁场减少，因此测定范围减少。相反，若缩短磁敏丝，则长边方向的反磁场增加而测定范围变大，但灵敏度减小。另一方面，控制磁敏丝的磁特性的方法是如下方法通过增加磁敏丝的长边方向的磁导率来提高传感器的灵敏度。但是，由此，具有磁饱和现象的由软磁性材料构成的磁敏丝的测定范围必然降低。相反，若降低长边方向的磁导率则测定范围变大，当然灵敏度减少。即，提高灵敏度和加大测定范围是背离的现象，因此不能够兼顾两者。目前，MI传感器例如日本专利公报3693119号公报所记载的，将脉冲的上升沿时间/下降沿时间进行频率换算时，将成为0. 2GHz的脉冲电流施加于磁敏丝，丝径为30 μ m 且长度加长至1. 5mm时，存在利用反磁场而实现高灵敏度的情况，但灵敏度为35mV/G，测定范围为0. 9kA/m。另外，丝径为30 μ m且长度缩短至0. 6mm时，存在利用反磁场而实现宽的测定范围的情况，但灵敏度为2mV/G，测定范围为3. 6kA/m。因此，MI传感器的灵敏度和测定范围具有上述的背离的关系，因此难以同时改善两者，在实际使用中存在限制。此处，通过进一步使高频电流高频化，来尝试提高灵敏度。根据L. V. Panina等发表的 Journal of Magnetism and Magnetic Materials，272-276 Q004)，1452-1459 中，公开了向非晶丝施加0. 5 2. 2GHz的正弦波电流，并测定来自非晶丝的两端的阻抗的结果。 由此，通过高频化而发现灵敏度的提高，但测定范围显著降低至0. 0125A/m(10e)，并且，还存在即使高频化测定范围也不宽的问题，不能同时提高灵敏度和测定范围这两方。专利文献专利文献1 日本专利公报3693119号公报非专利文献__ 专禾Ij 文献 1 V. Panina 等 t二 J 6 Journal of Magnetism and Magnetic Materials,272-276(2004)，1452-1459
技术实现思路
因此，本专利技术提供小型的、作为磁传感器其灵敏度高、测定范围大的MI传感器。专利技术人关于高频电流的频率、波形、检测方式、磁敏丝等进行了各种探讨，结果想到，在使用直接检测自旋的旋转现象的检测线圈的方式中，对于非晶磁敏丝施加比目前高的高频电流，由此，使自旋旋转运动与电流施加一起，均勻且同时、并且激烈地进行旋进运动，从而能够实现高灵敏度化和高测定范围化。并且，具体地说，通过使向非晶丝施加的电流为比现有技术高的规定的频率，并且使输出的方式为检测线圈方式，而完成了本专利技术。具体地说，技术方案1所记载的专利技术的磁阻抗传感器，包括磁阻抗元件，具有由作为零磁致伸缩的软磁性合金的非晶构成的磁敏丝和在所述磁敏丝的周围经由绝缘物的检测线圈，通过向所述磁敏丝施加高频电流，检测出根据外部磁场从检测线圈产生的电压； 电流供给装置，向所述磁阻抗元件供给高频电流；以及信号处理电路，对来自检测线圈的输出进行信号处理，所述磁阻抗传感器的特征在于，所述磁敏丝至少具有在丝的圆周方向进行自旋排列的表面层，所述高频电流具有0.3以上、1.0GHz以下的频率。通过采用本专利技术的构成，能得到优良的效果的理由不明确，但从得到的结果如下进行推论。首先，对于高频电流的频率为0.3以上、1.0GHz的范围内得到优良的灵敏度的理由进行推论。已知由检测线圈检测的电压与(ΙΦ/dt成比例。首先，向磁敏丝施加高频电流时在磁敏丝的圆周方向产生磁场。丝中的自旋从外部磁场的方向向由电流产生的圆周方向磁场的方向旋转。由电流产生的圆周方向磁场(ΗΦ)的时间变化(ΙΗΦ/dt越大，即越施加大频率的电流，丝中的自旋的旋转越快。该自旋的旋转速度相当于(ΙΦ/dt，因此由检测线圈检测的电压变大，变为高灵敏度。但是，一般而言，越是高频则表皮深度越浅，因此对因流过表皮的表皮电流而形成的圆周方向磁场进行反应的自旋的绝对量、即φ越小，具有由检测线圈检测的电压(ΙΦ/dt 越小的作用，因此灵敏度相对于频率显示何种状况是难以预测的。结果，如后所述使频率从0提高到0. 5GHz时，若考虑灵敏度上升，则可认为会有以下所述的磁敏丝内的内部应力作用。一般而言，磁敏丝中的内部应力相对于径方向在表层部较大，在内部较小。自旋的旋进运动在与被施加的高频电流的频率相应的表皮深度内产生，但在直至某种程度的高频的情况下，表皮深度较厚，因此由于其表皮深度内的内部应力分布的不均勻，此处的各自旋以不同的动作运动。各自旋以不同的动作进行旋进运动时，可认为作为传感器的灵敏度较小。相反，在0. 3GHz以上的高频的情况下，表皮深度变薄，内部应力的不均勻减少，因此可认为发现了使自旋旋转运动与电流施加一起均勻且同时、并且激烈地进行旋进运动的现象。如上所述，虽然机理尚不明确，但作为一种推论，可以说明越提高频率则灵敏度越上升这一点，但实际上频率超过0.5GHz时会遇到峰值，然后减少。这种峰值的存在是预料之外的，可认为这是由自旋共振现象引起的自旋的波化导致的。可认为，由于自旋整体波化，自旋的同时旋转被阻碍，由此失去频率的提高产生的效果，超过IGHz时不能得到充分的灵敏度。本专利技术人在此种多个作用交错的预测性困难的现象中，首次发现，在灵敏度中在IGHz附近在频率上存在最优区域。另一方面，对得到高频电流的频率为0.3以上、1.0GHz的范围内优良的测定范围的理由进行推论。虽然认为测定范围即使高频化也不改变，但实际上，在相当宽的区域发现了上升。 在随后的考虑中，推测为是以下的理由。例如在磁敏丝中，高频电流越是高频，因表皮效应而流过磁敏丝的电流的表皮深度越浅。表皮深度越浅，则如上所述磁敏丝的表面附近的内部应力的作用越大。可认为这是由于，内部应力越大，则各向异性磁场越大，因此测定范围越大。另外，频率为0.5GHz以上则测定范围的增加基本饱和，可认为是由于，在该频率以上表皮深度非常薄，因此内部应力的变化饱和。专利技术效果技术方案1所记载的专利技术，作为输出的检测方式采用检测线圈，在由作为零磁致伸缩的软磁性合金的非晶构成的磁敏丝至少具有在丝的圆周方向上自旋排列的表面层的状态下，以频率换算计为0. 3以上、1. OGHz以下时，通过施加比现有技术高的频率的高频电流，能够同时提高现有技术的磁阻抗传感器的灵敏度和测定范围。附图说明图1是表示本专利技术的MI元件的正面的概念图。图2是本专利技术的MI传感器的电气电路的概念图。图3是说明根据在本专利技术的MI元件、MI传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：本藏义信，山本道治，滨田典彦，下出晃广，
申请(专利权)人：爱知制钢株式会社，
类型：发明
国别省市：