Спосіб виготовлення робочого елемента сенсора магнітного поля

Реферат: UA 78575 U UA 78575 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі приладобудування і може бути використана для виготовлення високочутливих сенсорів магнітного поля. Високочутливі сенсори магнітного поля знаходять широке застосування в інформатиці і комп'ютерній техніці, медицині, приладобудуванні, дорожньому будівництві. Явище магніомімпедансу зумовлене впливом зовнішнього магнітного поля на розподіл густини змінного струму по поперечному перерізу провідника. Робочим елементом магнітоімпедансних сенсорів магнітного поля зазвичай є: аморфні металеві сплави з малим значенням константи магнітострикції (наприклад, сплав Co-Fe-Si-B); нанокристалічні матеріали типу Fe-Cu-Nb-Si-B, з характерним розміром зерна ~10 нм; кристалічні сплави з надзвичайно малою кристалічною анізотропією і малим значенням магнітострикції насичення, зокрема пермалой Fe-Ni збагачений Mo, Re або Ті; нанокомпозити, що складаються із суміші однофазових частинок, зокрема системи на основі Fe-B-N и Co-Cr-O. Багатокомпонентні аморфні металеві сплави вибрані тому, що їм притаманна унікальна комбінація магнітних і магнітоімпедансних властивостей. Фольги багатокомпонентних аморфних металевих сплавів на основі Co (Co-Fe-Si-B, Co-Ni-B) відповідають наступним характеристикам: а) невеликий питомий електричний опір; б) великі значення магнітної проникності μ; в) значна величина намагніченості насичення MS; г) мала величина феромагнітного релаксаційного параметра α; д) близькі до нуля (або нульові) абсолютні величини магнітострикції насичення λS; e) малі значення коерцитивної сили HS; ж) значні величини магнітоімпедансу. Таки фольги є чутливими до найменших варіацій зовнішнього магнітного поля і чутливі навіть до змін магнітного поля Землі. При протіканні змінного струму (з частотою в діапазоні 0,001-3,0 МГц) через фольги аморфних металевих сплавів на основі Со і при внесенні їх у зовнішнє магнітне поле відбувається значне (до 15 %) зменшення їх повного імпедансу, яке реєструється стандартним методом визначення модуля повного опору Ζ зразка за величиною електричної напруги на ньому. Відомий спосіб [1] полягає у тому, що робочий елемент сенсора магнітного поля виготовляється з двох фольг феромагнітних матеріалів (Fe-Co-B, Fe-Co-Ni-B), що характеризуються протилежно напрямленими векторами намагніченості. Між феромагнітними фольгами розташовуються немагнітний матеріал. Недоліком такого способу є необхідність виготовлення роздільного шару товщиною 2-10нм, яка повинна контролюватися з високою точністю (0,2-1,0) нм. Недоліки відомого способу [1] частково усунуті в найближчому аналозі [2]. Відомий спосіб [2] полягає у тому, що виготовлення робочого елемента сенсора магнітного поля при створенні сендвічевих структур, що складаються з дроту аморфного металевого сплаву Co-Fe-Si-B із серцевиною у вигляді провідного металу, що є аналогом сендвічевої структури з двох фольг аморфного металевого Co-Fe-Si-B і провідного роздільного шару між ними. Тоді, залежно від напрямку напруженості магнітного поля Η, відгук системи є залежним від орієнтації зовнішнього магнітного поля і визначається товщинами обкладинок сендвіча, товщиною роздільного шару, величиною намагніченості насичення обкладинок, співвідношеннями між питомими провідностями роздільного шару і фольг, а також глибиною скін-шару протікання високочастотного струму у обкладинках робочого елемента магнітного сенсора. Задачею корисної моделі є підвищення чутливості робочого елемента сенсора магнітного поля і покращення відношення сигнал/шум у порівнянні з робочими елементами сенсорів магнітного поля, що базуються на окремій стрічці аморфного металевого сплаву, та у порівнянні із способами виготовлення [1] і [2]. Поставлена задача вирішується нанесенням на роздільній шар об'ємного рельєфу у вигляді подряпин з планарною чи коловою геометрією. Виготовлення робочих елементів магнітного сенсора відбувається наступним чином (креслення): Фольги 1 і 2 аморфних металевих сплавів виготовляються методом надшвидкого загартування з розплаву на обертальний барабан, з'єднання таких фольг у сендвіч можливо як контактною, так і неконтактною до барабана стороною. Товщина фольг складає 15-20 мкм. Роздільний шар 3 (креслення) являє собою мідну фольгу. Відносні відхилення складу матеріалів від їх хімічної формули не повинні перевищувати 1 %. Готова структура отримується за допомогою простого накладання фольг у порядку: стрічка аморфного металевого сплаву, роздільний шар, стрічка аморфного металевого сплаву. Технічне рішення способу полягає у нанесенні (креслення) на роздільний шар об’ємного рельєфу 4 у вигляді подряпин глибиною 1-2мкм з планарною чи коловою геометрією. Сама така глибина і форма подряпин визначаються з міркувань перколяційних ефектів і наведення 1 UA 78575 U 5 10 15 20 додаткових вихрових струмів. Роздільний шар може бути виконаний з мідної фольги товщиною 15-20мкм, він повинен мати більшу електричну провідність, ніж фольги аморфного металевого сплаву на основі Co (Co-Fe-Si-B, Co-Ni-B). Товщина роздільного шару визначається відношенням провідностей окремої фольги аморфного металевого сплаву і мідного роздільного шару. Такі структури являють собою систему, що складається з двох фольг аморфного металевого сплаву на основі Co (Co-Fe-Si-B, Co-Ni-B) товщиною 10-15 мкм, розділених провідним немагнітним шаром фольги міді або нікелю товщиною 10-20 мкм. Перевагою створення сендвічевих структур є те, що для вирішення задачі посилення магнітоімпедансу стрічки аморфних металевих сплавів не потребують жодної попередньої обробки. Такий спосіб виготовлення робочих елементів високочутливих сенсорів магнітного поля забезпечує високу надійність реєстрації величини магнітного поля навіть у випадках невеликих магнітних полів. Однак, в деяких випадках чутливість робочого елемента магнітного сенсора не є достатньою: це призводить до спотворення сигналу відтворення у випадку невеликих магнітних полів. Джерела інформації: 1. United States Patent Application Publication G 11 В 5/39, US 2004/0001372 A1, S.G. Hardayal - Magnetoresistive effect element and magnetic memory device. Filled 25.06.2003. Published 1.01.2004. 2. United States Patent Application Publication G 01 R 33/09, US 2012/0038358 H.A Yoshinobu, Y.A. Michiharu, H.A. Norihiko, S.A. Akihiro - Magnetoimpedance sensor having a high magnetic sensor sensitivity and a wide measurement range. Filled 23.04.2010. Published 19.10.2011. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Спосіб виготовлення робочого елемента сенсора магнітного поля, у вигляді сендвічевих структур з двох фольг аморфних металевих сплавів на основі Со, та розділення їх мідною фольгою, який відрізняється тим, що на роздільний шар наносять об'ємний рельєф у вигляді подряпин з планарною чи коловою геометрією. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2