基于微平面线圈构建的位移量磁调制技术研究

在微系统中,利用惯性原理测量位移信号常用的方法是基于磁通聚集技术,即采用TMR传感器将位移信号的变化转换成磁场的变化进行测量。针对该方法,以位移磁调制模型为研究对象,以微平面线圈为磁场源,从理论方面深入研究磁感应强度与微平面线圈电流、匝数和磁通聚集器间距以及调制膜位移量的关系并进行优化设计与实验验证。仿真表明,磁通调制膜与TMR的直线距离在3μm和5μm时,分别能实现4.88 Gs/μm和2.72 Gs/μm的最大灵敏度。

纳升级生化样品核磁共振微检测用高信噪比平面微线圈的设计

论述了纳升(nL)级生物样品核磁共振微检测技术中,高信噪比平面螺旋微线圈的设计方法及结果,介绍了这种检测技术的优点与缺点,并提出了改进方法。论述了核磁共振平面螺旋微线圈检测方法的理论基础,推导出自由感应衰减信号的信噪比与线圈几何参数的数学关系,利用MATLAB软件对信噪比进行了仿真,得到了最优信噪比条件下的线圈几何参数值,同时计算出相应的品质因数。最后,概括了平面螺旋形微线圈几何参数设计的一般原则。

基于MEMS的高Q值核磁共振平面微线圈

为了提高核磁共振波谱检测信号的信噪比,实现对纳升级样品的检测,以及与微流控芯片集成,介绍了一种高品质因数(Q值)平面微线圈及其制作工艺。基于对信噪比的仿真计算,利用SU-8厚胶掩模光刻与直流铜电镀工艺,在玻璃衬底上得到几种几何参数优化的圆形与方形线圈。自行设计了一种直流铜电镀工艺,铜层生长速度约1.2μm/min。平面微线圈几何参数如下:内半径200μm^1 000μm,线宽/线间距20μm^80μm,圈数1~9圈,线圈厚度约12μm。利用Agilent 4294阻抗分析仪,测得85 MHz/2 Tesla下内半径1 000μm线圈的射频参数如下:RAC=7.25Ω,L=285 nH,Q=21。测得的Q值-频率曲线与仿真设计一致,即80 MHz附近Q值达到最大。与国内外其他测量结果相比,所得线圈品质因数较高。相对于双层铜电镀方案,本制作工艺操作简单,经一次电镀线圈即可成形,微米量级下更容易采用MEMS工艺制作平面线圈。另外,平面微线圈的开发可以将核磁共振(NMR)检测技术集成到微全分析系统中。

基于MEMS工艺的高能量密度微电磁驱动器

提出了制作高能量密度电磁驱动器的工艺方法。利用微机械(MEMS)工艺在硅片上得到多匝平面线圈和磁芯的掩模图形,接着沉积种子层铜(Cu),然后对种子层进行整体Cu的电铸;当种子层生长到20μm左右时,剥离硅片表面的镀层并用光刻胶保护磁芯位置的镀层;再用沿线电铸的方法对线圈进行电铸;最后保护制作好的线圈镀层,电铸NiFe合金材料。在10 mm×10 mm×0.38 mm的硅片上,制作出线圈匝数22×2(铜线截面积60μm×60μm、总长度达1 164 mm)、NiFe合金磁芯尺寸为3mm×3 mm×0.2 mm的高能量密度微型电磁驱动器。把这种微型驱动器应用于无阀微泵做驱动实验:通入0.3 A的正弦电流时,微驱动器产生约50 mN的电磁力。实验结果表明:这种型微电磁驱动器在相同的输入功率下,比同类其他微电磁驱动器具有更高的能量密度,能产生更大的电磁驱动力。

高能量密度微电磁驱动器的制作方法(英文)

提出了一种非闭合磁路型高能量密度微电磁驱动器的制作方法,即利用MEMS工艺在单位面积硅基体上制作多匝、高深宽比的平面线圈和高厚度的磁芯.通过先面电铸再线电铸的方式,以及动态控制电铸电流密度的方法进行平面线圈的制作;通过改变衬底表面粗糙度和种子层厚度的方法,改善合金镀层与衬底的粘附性能,可以在单位面积的硅片上,制作出厚度更大的磁性合金镀层.初步实验结果表明:该微型电磁驱动器在相同的输入功率下,比同类其他微电磁驱动器,能产生更大的电磁驱动力,具有更高的能量密度.

基于UV-LIGA技术的电涡流传感器研制

提出一种用于检测微位移的新型电涡流传感器。该传感器中,两层微平面线圈叠加在坡莫合金铁芯上,分别作为驱动元件与敏感元件。详细给出了微平面线圈的SU-8胶UV-LIGA工艺与磁性铁芯的电铸成形工艺。当激励电流为50kHz的正弦交流信号,而且检测Ni-Fe片与铁芯间隙为10μm时,敏感线圈的输出电压达30mV,并且间隙值在50μm范围内与输出电压接近为线性关系。传感器尺寸为5mm×1.6mm,易于集成,能实现对微位移的检测。