微型磁通門基礎(chǔ)

　　磁通門是利用被測磁場中高導(dǎo)磁鐵芯在交變磁場的飽和激勵下，其磁感應(yīng)強度與磁場強度的非線性關(guān)系來測量弱磁場的一種傳感器。磁通門傳感器也稱磁強計，由探頭和接口電路組成，具有分辨率高(最高可達10-11T)、測量弱磁場范圍寬(在10-8T以下)、可靠、簡易、經(jīng)濟、耐用、能夠直接測量磁場的分量和適于在高速運動系統(tǒng)中使用等特點。磁通門傳感器的研究起始于1928年，幾年后才出現(xiàn)了利用磁性材料自身磁飽和特性的磁通門磁強計，它被用來測量1mT以下的直流或低頻交流磁場。1936年，Aschenbrenner和Goubau稱達到了0.3nT的分辨率。在第二次世界大戰(zhàn)中，用于軍事探潛的磁通門傳感器有了較大的發(fā)展。磁通門從其問世以來得到了不斷的發(fā)展和改進，被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域，如地磁研究、地質(zhì)勘探、石油測井、空間磁場探測、磁性導(dǎo)航、武器偵察、探潛、磁性材料測試和材料無損探傷等弱磁場探測的各個領(lǐng)域。近年來，磁通門在宇航工程中也得到了重要應(yīng)用，例如，用來控制人造衛(wèi)星和火箭的姿態(tài)，測繪太陽的“太陽風(fēng)”和帶電粒子相互作用的空間磁場、月球磁場、行星磁場以及星際磁場的圖形等。美國宇航局(NASA)目前正在制訂的一項雄心勃勃的微型儀器技術(shù)開發(fā)計劃，主要目的是發(fā)展適合21世紀(jì)的小型、低價、高性能航天器，利用MEMS技術(shù)對航天器有效載荷的某些機電部件進行微型化，以極大地減小各種科學(xué)儀器和傳感器的體積和質(zhì)量，提高探測器的功能密度。美國噴氣推進實驗室(JPL)稱這些微型儀器將是新的微型實驗室的心臟，它們主要包括：火星登陸器、微加速度計、微磁強計、微濕度計、微氣象站、微地震儀、微集成相機、微成像光譜儀以及微推進器等。由此可見，微型磁通門在其計劃中的位置。

　　傳統(tǒng)制造磁通門的方法是在高導(dǎo)磁鐵芯上用機械的方法纏繞上勵磁線圈和感應(yīng)線圈制成探頭，再與接口電路連接起來，這種方法制作的磁通門在體積、質(zhì)量以及功耗等許多方面都難以實現(xiàn)微型化。目前，利用MEMS技術(shù)與半導(dǎo)體集成電路工藝相結(jié)合是研制微型磁通門傳感器的突破口。

　　微型磁通門傳感器的研究方向如下：①系統(tǒng)化，將探頭與接口電路完全集成在一個芯片上，制成真正的磁通門MEMS系統(tǒng);②陣列化，根據(jù)需要在一個芯片上制作一系列磁通門探頭不僅可以提高傳感器的性能，也可完成某些特定的功能，如制作微型磁羅盤;③利用微加工技術(shù)，從而提高磁通門傳感器的性能，特別是磁芯的性能;④利用計算機模擬與仿真軟件對磁通門的接口電路進行模擬優(yōu)化，提高電路的性能;⑤利用計算機對微型磁通門探頭結(jié)構(gòu)進行模擬計算，以縮短設(shè)計周期，提高研究效率，進一步降低成本;⑥向?qū)嵱没?a target="_blank">商品化方向發(fā)展，從而促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。