一体式平面化三轴磁传感器及其应用方法与流程

技术特征：
1.一种一体式平面化三轴磁传感器，其特征在于，包括分别设于承载部件(2)上且位于同一平面内的四个磁测量复合器件(1)，所述磁测量复合器件(1)包括磁变轨单元(11)、环形超导磁通聚集器(12)和磁电阻测量单元(13)，所述环形超导磁通聚集器(12)夹持布置于磁变轨单元(11)中，所述环形超导磁通聚集器(12)上带有窄区(121)，所述磁电阻测量单元(13)布置于窄区(121)的一侧，所述四个磁测量复合器件(1)中一对磁测量复合器件(1)的磁变轨单元(11)与另一对磁测量复合器件(1)的磁变轨单元(11)相互垂直布置，一对磁测量复合器件(1)的磁变轨单元(11)之间相互平行布置。2.根据权利要求1所述的一体式平面化三轴磁传感器，其特征在于，所述磁变轨单元(11)包括平行布置的上方磁变轨单元(111)和下方磁变轨单元(112)，所述环形超导磁通聚集器(12)夹持布置于上方磁变轨单元(111)和下方磁变轨单元(112)之间，且所述窄区(121)布置在上方磁变轨单元(111)和下方磁变轨单元(112)之间的外侧。3.根据权利要求2所述的一体式平面化三轴磁传感器，其特征在于，所述上方磁变轨单元(111)和下方磁变轨单元(112)均为长方体结构，所述上方磁变轨单元(111)和下方磁变轨单元(112)两者交错摆放且相对环形超导磁通聚集器(12)的结构中心点为中心呈中心对称分布，使得上方磁变轨单元(111)和下方磁变轨单元(112)覆盖环形超导磁通聚集器(12)的一侧且靠近环形超导磁通聚集器(12)的一端刚好覆盖在环形超导磁通聚集器(12)的内环上。4.根据权利要求3所述的一体式平面化三轴磁传感器，其特征在于，所述上方磁变轨单元(111)和下方磁变轨单元(112)采用高磁导率的软磁材料制成，且通过低温胶键合的方式固定在环形超导磁通聚集器(12)的侧面。5.根据权利要求1所述的一体式平面化三轴磁传感器，其特征在于，所述环形超导磁通聚集器(12)包括基片和生长在基片上且通过刻蚀形成的超导薄膜，且所述超导薄膜表面镀有金保护层。6.根据权利要求5所述的一体式平面化三轴磁传感器，其特征在于，所述环形超导磁通聚集器(12)为正方形环状结构，且内环边长与外环变长比值为0.5-0.7，窄区(121)的宽度为2-20微米。7.根据权利要求1所述的一体式平面化三轴磁传感器，其特征在于，所述磁电阻测量单元(13)为隧道结磁电阻敏感单元。8.根据权利要求7所述的一体式平面化三轴磁传感器，其特征在于，所述磁电阻测量单元(13)与环形超导磁通聚集器(12)的距离为2微米以内。9.一种权利要求1-8中任意一项所述的一体式平面化三轴磁传感器的应用方法，其特征在于，包括：1)在被检测磁场中，分别获取四个磁测量复合器件(1)中一对磁测量复合器件(1)输出的磁场信号b1和b3、另一对磁测量复合器件(1)输出的磁场信号b2和b4；其中，输出的磁场信号b1和b3的一对磁测量复合器件(1)的磁变轨单元(11)布置于被检测磁场的三维坐标系下的x轴方向，输出的磁场信号b2和b4的一对磁测量复合器件(1)的磁变轨单元(11)布置于被检测磁场的三维坐标系下的y轴方向；2)基于下式解算得到被检测磁场在x、y、z三个方向分量分别为bx、by、bz的大小：
或上式中，g为环形超导磁通聚集器(12)的放大倍数，μ为磁变轨单元(11)的x,y轴变轨效率，λ为磁变轨单元(11)的z轴变轨效率。10.一种权利要求1-8中任意一项所述的一体式平面化三轴磁传感器的制备方法，其特征在于，包括磁测量复合器件(1)的制备步骤：s1)环形超导磁通聚集器(12)的基片生长超导薄膜；s2)在超导薄膜表面镀金保护层；s3)对超导薄膜表面的金保护层以及基片上生长的超导薄膜进行刻蚀成形，形成环形超导磁通聚集器(12)；s4)在环形超导磁通聚集器(12)的窄区(121)的一侧安装磁电阻测量单元(13)；在环形超导磁通聚集器(12)的两侧分别通过低温胶键合上方磁变轨单元(111)和下方磁变轨单元(112)，所述上方磁变轨单元(111)和下方磁变轨单元(112)两者交错摆放且相对环形超导磁通聚集器(12)的结构中心点为中心呈中心对称分布，使得上方磁变轨单元(111)和下方磁变轨单元(112)靠近环形超导磁通聚集器(12)的一端刚好覆盖在环形超导磁通聚集器(12)的内环上，从而得到磁测量复合器件(1)的成品。

技术总结
本发明公开了一种一体式平面化三轴磁传感器及其应用方法，传感器包括分别设于承载部件上且位于同一平面内的四个磁测量复合器件，所述磁测量复合器件包括磁变轨单元、环形超导磁通聚集器和磁电阻测量单元，所述环形超导磁通聚集器夹持布置于磁变轨单元中，所述环形超导磁通聚集器上带有窄区，所述磁电阻测量单元布置于窄区的一侧，所述四个磁测量复合器件中一对磁测量复合器件的磁变轨单元与另一对磁测量复合器件的磁变轨单元相互垂直布置，一对磁测量复合器件的磁变轨单元之间相互平行布置。本发明能够实现三轴磁场的聚集放大和平面化高精度测量，且可以有效提高三轴正交性，具有分辨力高、体积小、实现简单的优点。实现简单的优点。实现简单的优点。


技术研发人员：李裴森 潘孟春 杨澜 彭俊平 胡佳飞 邱伟成 孙琨 黄丹 陶骏 陈棣湘 杜青法 唐莺
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2021.11.18
技术公布日：2022/3/1