[實用新型]基于磁電復合材料的磁場傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920105220.5
• 申請日: 2009-01-16
• 公開（公告）號: CN201344973Y
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭洋;謝丹;任天令;劉理天
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: G01R33/06
• 分類號: G01R33/06
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所（普通合伙）
• 代理人: 廖元秋

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于磁傳感器制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于磁電復合材料的磁場傳感器。

背景技術(shù)

磁場探測不論是在生產(chǎn)生活還是在軍事航空等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。磁場具有抗干擾能力強，不受濕度、溫度等外界條件的干擾，而且具有很強的穿透型，所以應(yīng)用范圍非常廣泛。磁場探測在預警探測、偵察監(jiān)視、自動追蹤定位、導彈磁電制導、排雷等很多軍事領(lǐng)域都有應(yīng)用；除此之外，磁場傳感器還可以用做流量計、轉(zhuǎn)速計等等。另外，在航空和航海中，通過地磁來進行的導航和定位也是很重要的。

傳統(tǒng)的磁場傳感器包括線圈、霍耳器件、GMR、磁通門、超導量子干涉儀(SQUID)。線圈、霍耳器件、GMR的磁場探測靈敏度都比較低；磁通門的靈敏度可達10^-10T，但制造成本高。SQUID的靈敏度為10^-15T，但需要低溫苛刻的環(huán)境，只能應(yīng)用于實驗室里。

磁電復合材料是近年來新發(fā)展起來的新型材料，它由磁致伸縮材料和壓電材料復合而成，實驗室的特性測量表明，其靈敏度僅次于超導量子干涉儀(SQUID)，可以達到10^-11T。而且具有成本低、尺寸小、溫度穩(wěn)定性好、功耗低(無源被動式)、頻率和幅度范圍廣等許多優(yōu)點。目前還沒有基于它的磁場傳感器件。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種基于磁電復合材料的磁場傳感器，具有成本低，靈敏度高，穩(wěn)定可靠的特點，并且測量范圍和精度可調(diào)。

本實用新型設(shè)計的基于磁電復合材料的磁場傳感器，其特征在于，該傳感器主要包括磁電復合材料塊，前端放大器，低通濾波器和后端顯示電路；該磁電復合材料塊與前端放大器的輸入正負極相連接，該放大器的輸出端與低通濾波器的輸入端相連接；該低通濾波器的輸出端與后端顯示電路的輸入端相連。

本實用新型的特點及效果：

本實用新型的磁電復合材料由磁致伸縮材料和壓電材料復合而成，在磁場中，磁致伸縮材料發(fā)生型變，應(yīng)力傳遞給壓電材料，而壓電材料在應(yīng)力作用下就會產(chǎn)生出極化電壓。前端放大器將極化電壓放大，并通過濾波器濾除高頻的噪聲。后端的數(shù)字顯示電路將電壓的幅值轉(zhuǎn)換成數(shù)字顯示出來。最終，顯示的數(shù)字和磁場的大小成正比。

該傳感器的數(shù)字讀出和交流磁場的大小直接相關(guān)。該交流磁場傳感器的測量范圍是0.02Oe到12Oe，磁場靈敏度為0.005Oe。具有4位的數(shù)字顯示，顯示交流磁場的峰峰值。而測量磁場的頻率范圍為1Hz-10kHz。

本實用新型具有成本低、靈敏度高、頻率和溫度范圍廣、可分別用于交流和直流磁場探測的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本實用新型的磁傳感器構(gòu)成示意圖。

圖2為本實用新型的磁電復合材料塊的實施例形狀示意圖。

具體實施方式

本實用新型設(shè)計的基于磁電復合材料的磁場傳感器結(jié)合附圖及實施例詳細說明如下：

本實用新型的交流磁場傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該傳感器主要包括磁電復合材料塊11，前端放大器12，低通濾波器13和后端數(shù)字顯示電路14；該磁電復合材料塊與前端放大器的輸入正負極相連接，該放大器的輸出端與低通濾波器的輸入端相連接；該低通濾波器的輸出端與后端數(shù)字顯示電路的輸入端相連。

本實用新型還包括一對偏置電阻R1、R2，該偏置電阻一端連接在所述磁電復合材料塊與前端放大器之間，另一端接地。

本實用新型的工作過程為：由磁電復合材料塊所產(chǎn)生的信號連接至前端放大器的輸入正負級，并且此信號通過2個偏置的電阻和地連接，保證放大器工作在其線性放大區(qū)。放大器的輸出直接連接一個巴特沃茲低通濾波器(如圖1所示)，以濾除高頻的噪聲。經(jīng)濾波以后的信號被輸入到交流電壓表上，由電壓表把交流電壓信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字讀出。因為前端放大器的放大倍數(shù)可以通過電阻來調(diào)節(jié)，所以，通過調(diào)節(jié)放大倍數(shù)就可以使得數(shù)字讀出和磁場的大小相對應(yīng)。

上述各部件的實施例分別說明如下：

本實施例的前端放大器使用的是儀用放大器，可以是Texas?Instrument(TI)的INA111、INA118、INA121、INA122、INA128、INA129等型號。這種放大器具有輸入電阻大，電容小，對微弱信號有足夠的的放大能力，而且放大倍數(shù)可以調(diào)節(jié)的優(yōu)點。

本實施例的低通濾波器采用三階巴特沃茲濾波器，濾除工作頻率以外的高頻噪聲，提高輸出信號的信噪比。但階數(shù)不限于3階的巴特沃茲濾波器，1到4階的巴特沃茲濾波器均可以應(yīng)用到本實施例。