非对角GMI传感器的机理研究和微型化设计

Giant-magneto impedance (GMI) effect is intensively applied in weak magnetic sensor and magnetic recording due to its high sensitivity and low hysteresis. In order to meet the demand of high sensitivity, high resolution and portable applications, this project aims to study on the mechanism of nondiagonal GMI sensor and its miniaturiaztion. With establishment of non-uniform magnetization model and experimental analysis, the magnetic properties and geometric parameters of sensing element will be investigated to reveal their influence on the performance of magnetic detection. Furthermore, the detection coil will be minimized by using MEMS fabrication process in an effort to ameliorate the resolution of detection probe. The highly sensitive nondiagonal GMI probe will be developed by the optimization of sensing materials and minimization of detection coil, which provides good foundation for biological magnetic detection.

巨磁阻抗效应（GMI）具有灵敏度高、磁滞低等优点，在弱磁传感器和磁记录方面具有广泛的应用背景。为了满足生物磁敏探测对高灵敏、高精度、便携化的需求，本项目旨在对非对角巨磁阻抗效应传感器的机理和微型化设计进行研究。通过建立非均匀磁化理论模型并结合实验分析，探索敏感材料的磁性参数和几何参数与磁敏检测性能的关系，并采用MEMS制造工艺，实现探测线圈微型化，便于提高测量精度。本项目结合材料的优化和探测线圈的微型化将得到微型高灵敏非对角巨磁阻抗敏感探头，为今后的生物磁检测应用打下良好的基础。

巨磁阻抗效应（GMI）具有灵敏度高、磁滞低等优点，在弱磁传感器和磁记录方面具有广泛的应用背景。为了满足生物磁敏探测对高灵敏、高精度、便携化的需求，本项对非对角巨磁阻抗效应传感器的机理和微型化设计进行了研究。结合能量最低原理和非均匀磁化理论，建立了非对角GMI效应的信号传递函数模型。根据该模型可以通过数值计算的方法，研究传感器的各种参数（材料几何参数、线圈参数、驱动参数）是如何影响传感器输出特性的。在确认敏感材料的磁性参数后可以方便的找到可以与之搭配，使传感器工作在较好状态的条件。同时在设计传感器时，根据所需要的特性，也可以有意识的，在制备材料时做到有的放矢。本项目采用该模型为指导，制备了基于非对角GMI效应的传感器，并对其信号拾取线圈进行了MEMS工艺制备，得到了微型高分辨率磁场探测器。其频谱密度噪声值为20pT/√Hz@1Hz，分辨率达到了10^-9T。非对角GMI效应传感器在弱磁场探测方面有其优势，可以广泛的应用于惯导系统中的姿态控制，生物磁检测，运动目标测量，地磁扰动信号测量等应用领域。本项目的研究结果可以作为研发非对角GMI效应传感器的工具，在设计、制备和调试中发挥作用。