CN110568383B - 基于磁热效应的磁场探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于磁热效应的磁场探测装置及***，具体而言，涉及磁场测量领域。本申请中的多个铁磁单元一端设置有石墨烯层，第一电极和第二电极分别设置在石墨烯层远离多个铁磁单元的一侧的两端，当第一电极和第二电极通电之后，将该磁场探测器放置到待测区域，磁场使得铁磁单元被磁化，在铁磁单元被磁化的过程中由于磁热效应，使得该铁磁单元的温度会升高，并将温度传递给石墨烯层，该石墨烯层的温度得到改变，进而改变该石墨烯层上的热噪声，通过检测该石墨烯层温度的变化情况，并根据石墨烯层温度变化与热噪声的关系，就可以得到此时石墨烯的热噪声，根据热噪声与磁场的对应关系就可以直接得到该待测区域的磁场大小。

Description

基于磁热效应的磁场探测装置

技术领域

本发明涉及磁场测量领域，具体而言，涉及一种基于磁热效应的磁场探测装置。

背景技术

磁场是一种看不见、摸不着的特殊物质，磁场不是由原子或分子组成的，但磁场是客观存在的。磁场具有波粒的辐射特性。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的，所以两磁体不用在物理层面接触就能发生作用。电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。

由于磁场和电流具有共生关系，且电流是电荷的运动，因而概括地说，有磁场的环境中就会有运动电荷的流动，现有技术中，对磁场的测量一般是采用将磁场转化为电流，之后再根据电流与磁场的对应关系，得到测量电流对应的磁场。

但是，上述测量磁场的方法，在将磁场转化为电流的过程中会出现一定的损耗，使得对磁场的测量不准确。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于磁热效应的磁场探测装置，以解决现有技术汇中测量磁场的方法，在将磁场转化为电流的过程中会出现一定的损耗，使得对磁场的测量不准确的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于磁热效应的磁场探测器，磁场探测器包括：多个铁磁单元、石墨烯层、第一电极和第二电极；多个铁磁单元一端设置有石墨烯层，第一电极和第二电极分别设置在石墨烯层远离多个铁磁单元的一侧的两端。

可选地，该磁场探测器还包括填充层，填充层填充在多个铁磁单元之间。

可选地，该填充层的材料为石墨烯。

可选地，该石墨烯层包括多个条形石墨烯结构。

可选地，该磁场探测器还包括：第一磁铁和第二磁铁，第一磁铁和第二磁铁分别设置在石墨烯层靠近和远离铁磁单元的一端。

可选地，该第一磁铁和第二磁铁靠近石墨烯层的一端均设置为粗糙面。

可选地，该磁场探测器还包括气凝胶层，气凝胶层设置在石墨烯层靠近第一电极和第二电极的一端。

可选地，该铁磁单元的材料包括：铁、钴、镍和锰中至少一种。

可选地，该磁场探测器还包括贵金属颗粒层，贵金属颗粒层设置在石墨烯层靠近第一电极和第二电极的一侧。

第二方面，本发明实施例还提供了另一种基于磁热效应的磁场探测***，磁场探测***包括：温度检测装置和第一方面任意一项的磁场探测器，温度检测装置设置在磁场探测器的石墨烯层上，用于检测石墨烯层的温度。

本发明的有益效果是：

本申请中的多个铁磁单元一端设置有石墨烯层，第一电极和第二电极分别设置在石墨烯层远离多个铁磁单元的一侧的两端，当第一电极和第二电极通电之后，将该磁场探测器放置到待测区域，磁场使得铁磁单元被磁化，在铁磁单元被磁化的过程中由于磁热效应，使得该铁磁单元的温度会升高，并将温度传递给石墨烯层，该石墨烯层的温度得到改变，进而改变该石墨烯层上的热噪声，通过检测该石墨烯层温度的变化情况，并根据石墨烯层温度变化与热噪声的关系，就可以得到此时石墨烯的热噪声，根据热噪声与磁场的对应关系就可以直接得到该待测区域的磁场大小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种基于磁热效应的磁场探测器的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的另一种基于磁热效应的磁场探测器的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的另一种基于磁热效应的磁场探测器的结构示意图。

图标：10-铁磁单元；20-石墨烯层；30-第一电极；40-第二电极；50-填充层；60-气凝胶层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明一实施例提供的一种基于磁热效应的磁场探测器的结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供一种基于磁热效应的磁场探测器，磁场探测器包括：多个铁磁单元10、石墨烯层20、第一电极30和第二电极40；多个铁磁单元10一端设置有石墨烯层20，第一电极30和第二电极40分别设置在石墨烯层20远离多个铁磁单元10的一侧的两端。

该石墨烯层20设置在多个该铁磁单元10之上，该第一电极30和第二电极40分别设置在该石墨烯层20上方的两端，该石墨烯层20的体积根据实际情况进行设定，在此不做限制，当该第一电极30和第二电极40连通电源时，该石墨烯层20相当于具有一定阻值的导体，该铁磁单元10的设置数量根据实际情况进行选择，在此不做多余限定，当第一电极30和第二电极40通电之后，将该磁场探测器放置到待测区域，磁场使得铁磁单元10被磁化，在铁磁单元10被磁化的过程中由于磁热效应，使得该铁磁单元10的温度会升高，并将温度传递给石墨烯层20，该石墨烯层20的温度得到改变，进而改变该石墨烯层20上的热噪声，通过检测该石墨烯层20温度的变化情况，并根据石墨烯层20温度变化与热噪声的关系，就可以得到此时石墨烯的热噪声，根据热噪声与磁场的对应关系就可以直接得到该待测区域的磁场大小。

可选地，该磁场探测器一般设置在待测磁场中央位置，也可以设置多个磁场探测器在该磁场探测器中，使得对该待测磁场的检测更加准确。

可选地，该石墨烯层20的具体形状根据实际情况进行选择，一般的该石墨烯层20可以为矩形，或者“V”形，当该石墨烯层20为“V”形时(图中未示出)，该多个磁铁单元组成的结构也有与该“V”形结构对应的“V”形凹槽，将该“V”形的石墨烯层20设置在该“V”形凹槽内，该“V”形的石墨烯层20紧贴该“V”形凹槽的内壁，该“V”形的石墨烯层20与铁磁单元10的接触面积增加，使得该铁磁单元10产生的热量可以尽量的传递到该“V”形的石墨烯层20上，并且热量容易集中在“V”形凹槽底部，那里也是“V”形石墨烯层20与“V”形凹槽的奇点，更多的热作用到结构奇点上，对热噪声影响更大，提高对磁场探测的灵敏度。

名词解释，约翰逊噪声称为热噪声亦称白噪声，是由导体中电子的热震动引起的，它存在于所有电子器件和传输介质中。它是温度变化的结果，但不受频率变化的影响。热噪声是在所有频谱中以相同的形态分布，它是不能够消除的，由此对通信***性能构成了上限。

约翰逊噪声的计算方法如下：

V_n＝4KTRB∧0.5

其中，K为波尔兹曼常数(1.38x10^-23J/K)，T为电阻的温度，B是带宽，R是电阻阻值。

图2为本发明一实施例提供的另一种基于磁热效应的磁场探测器的结构示意图，如图2所示，可选地，该磁场探测器还包括填充层50，填充层50填充在多个铁磁单元10之间。

多个该铁磁单元10会被磁场磁化，由于磁热效应，多个铁磁单元10会产生一定的热量，并将热量传递到该石墨烯层20上，为了减少热量从多个该铁磁单元10传递到石墨烯层20时的热量损失，在多个该铁磁材料之间填充有填充层50。

可选地，该填充层50的材料为石墨烯。

该石墨烯填充层50可以是与石墨烯层20一体的结构，也可以是材料为石墨烯，并与石墨烯层20相接的另外一层结构，在此不做具体限定，需要说明的是，当该填充层50与石墨烯层20一体结构的时候，将多个铁磁单元10镶嵌到该填充层50之中。

可选地，该石墨烯层20包括多个条形石墨烯结构。

该石墨烯层20的中间位置设置有多个条形的石墨烯结构，且该条形石墨烯设置位置不与第一电极30和第二电极40接触。

可选地，该磁场探测器还包括：第一磁铁和第二磁铁(图中未示出)，第一磁铁和第二磁铁分别设置在石墨烯层20靠近和远离铁磁单元10的一端。

若该第一磁铁设置在该石墨烯层20靠近铁磁单元10的一侧，则该第二磁铁设置在该石墨烯层20远离该铁磁单元10的一侧；若该第一磁铁设置在该石墨烯层20远离铁磁单元10的一侧，则该第二磁铁设置在该石墨烯层20靠近该铁磁单元10的一侧，该第一磁铁和该第二磁铁将该石墨烯层20加紧，有利于该石墨烯层20对磁场的吸收，使得该石墨烯层20对磁场的变化更加敏感。

可选地，该第一磁铁和第二磁铁靠近石墨烯层20的一端均设置为粗糙面。

若该第一磁铁设置在该石墨烯层20靠近铁磁单元10的一侧，则该第二磁铁设置在该石墨烯层20远离该铁磁单元10的一侧，则该第一磁铁的下端为粗糙面，该第二磁铁的上端为粗糙面；若该第一磁铁设置在该石墨烯层20远离铁磁单元10的一侧，则该第二磁铁设置在该石墨烯层20靠近该铁磁单元10的一侧，则该第一磁铁的上端为粗糙面，该第二磁铁的下端为粗糙面，即该第一磁铁和第二磁铁靠近该石墨烯层20的一个面均为粗糙面，粗糙面与石墨烯层20接触，使得该第一磁铁和第二磁铁与石墨烯层20之间形成了多个奇点，增强温度变化对热噪声的影响。

图3为本发明一实施例提供的另一种基于磁热效应的磁场探测器的结构示意图，如图3所示，可选地，该磁场探测器还包括气凝胶层60，气凝胶层60设置在石墨烯层20靠近第一电极30和第二电极40的一端。

本申请使用石墨烯层20的温度与热噪声的关系得到该热噪声，若该铁磁单元10产生的热量传递到该石墨烯层20之上时，该石墨烯层20的热量损失的话，会造成计算得到的热噪声不准确，进而使得测量得到的磁场也不准确，则可以在该石墨烯层20靠近该第一电极30和第二电极40的一侧设置气凝胶层60，该气凝胶层60可以隔绝热量的散失，使得对磁场的测量更加准确。

可选地，该铁磁单元10的材料包括：铁、钴、镍和锰中至少一种。

该铁磁单元10的材料可以为：铁、钴、镍和锰中任意一种金属单质材料，也可以为：铁、钴、镍和锰中多个金属材料组成的混合材料，该铁磁单元10的具体材料根据实际情况进行选择，在此不做具体限定。

可选地，该磁场探测器还包括贵金属颗粒层(图中未示出)，贵金属颗粒层设置在石墨烯层20靠近第一电极30和第二电极40的一侧。

在该磁场探测器上设置贵金属颗粒层有助于该石墨烯层20对热量的吸收，使得该磁场探测器对磁场的测量更加准确。

本申请中的多个铁磁单元10一端设置有石墨烯层20，第一电极30和第二电极40分别设置在石墨烯层20远离多个铁磁单元10的一侧的两端，当第一电极30和第二电极40通电之后，将该磁场探测器放置到待测区域，磁场使得铁磁单元10被磁化，在铁磁单元10被磁化的过程中由于磁热效应，使得该铁磁单元10的温度会升高，并将温度传递给石墨烯层20，该石墨烯层20的温度得到改变，进而改变该石墨烯层20上的热噪声，通过检测该石墨烯层20温度的变化情况，并根据石墨烯层20温度变化与热噪声的关系，就可以得到此时石墨烯的热噪声，根据热噪声与磁场的对应关系就可以直接得到该待测区域的磁场大小。

本发明实施例还提供了另一种基于磁热效应的磁场探测***，磁场探测***包括：温度检测装置和上述任意一项的磁场探测器，温度检测装置设置在磁场探测器的石墨烯层20上，用于检测石墨烯层20的温度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于磁热效应的磁场探测器，其特征在于，所述磁场探测器包括：多个铁磁单元、石墨烯层、第一电极和第二电极；

多个所述铁磁单元一端设置有所述石墨烯层，所述第一电极和所述第二电极分别设置在所述石墨烯层远离多个所述铁磁单元的一侧的两端；

所述磁场探测器还包括温度检测装置，所述温度检测装置设置在所述磁场探测器的所述石墨烯层上，用于检测所述石墨烯层的温度，并根据石墨烯层温度变化与热噪声的关系，得到石墨烯的热噪声，根据热噪声与磁场的对应关系直接得到待测区域的磁场大小。

2.根据权利要求1所述的基于磁热效应的磁场探测器，其特征在于，所述磁场探测器还包括填充层，所述填充层填充在多个所述铁磁单元之间。

3.根据权利要求2所述的基于磁热效应的磁场探测器，其特征在于，所述填充层的材料为石墨烯。

4.根据权利要求1所述的基于磁热效应的磁场探测器，其特征在于，所述石墨烯层包括多个条形石墨烯结构。

5.根据权利要求1所述的基于磁热效应的磁场探测器，其特征在于，所述磁场探测器还包括：第一磁铁和第二磁铁，所述第一磁铁和所述第二磁铁分别设置在所述石墨烯层靠近和远离所述铁磁单元的一端。

6.根据权利要求5所述的基于磁热效应的磁场探测器，其特征在于，所述第一磁铁和所述第二磁铁靠近所述石墨烯层的一端均设置为粗糙面。

7.根据权利要求5所述的基于磁热效应的磁场探测器，其特征在于，所述磁场探测器还包括气凝胶层，所述气凝胶层设置在所述石墨烯层靠近所述第一电极和所述第二电极的一端。

8.根据权利要求1所述的基于磁热效应的磁场探测器，其特征在于，所述铁磁单元的材料包括：铁、钴、镍和锰中至少一种。

9.根据权利要求1所述的基于磁热效应的磁场探测器，其特征在于，所述磁场探测器还包括贵金属颗粒层，所述贵金属颗粒层设置在所述石墨烯层靠近所述第一电极和所述第二电极的一侧。

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