[發(fā)明專利]一種寬頻帶可用的交流磁場(chǎng)傳感器及其制作方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110384386.7
• 申請(qǐng)日: 2011-11-28
• 公開（公告）號(hào): CN102445669A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于昊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西交利物浦大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R33/02
• 分類號(hào): G01R33/02
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磁場(chǎng)測(cè)量裝置和技術(shù)，具體涉及一種寬頻帶可用的交流磁場(chǎng)傳感器及其制作方法。

背景技術(shù)

磁場(chǎng)測(cè)量和傳感技術(shù)在工程技術(shù)和科學(xué)研究中十分重要。現(xiàn)有的交流磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)裝置有很多，常見的有霍爾效應(yīng)傳感器、超導(dǎo)量子干涉儀等。但交流磁場(chǎng)傳感器的局限性在于，響應(yīng)頻率很有限，往往在共振頻率有很高的響應(yīng)，而在非共振頻率響應(yīng)較小從而制約了應(yīng)用。最近一些年被廣泛研究的磁電效應(yīng)材料可以實(shí)現(xiàn)磁-電能量的轉(zhuǎn)換。磁電材料(也叫鐵電磁體)是同時(shí)具有磁性、鐵電性材料的總稱，在結(jié)構(gòu)上同時(shí)存在磁有序和電有序狀態(tài)。這兩種有序狀態(tài)發(fā)生相互作用，產(chǎn)生一種新的效應(yīng)，稱作“磁電效應(yīng)”，即：磁電材料置于外加磁場(chǎng)中時(shí)，材料的電極化狀態(tài)將會(huì)發(fā)生改變；相反地，置于外加電場(chǎng)中時(shí)，材料的磁化狀態(tài)也將發(fā)生相應(yīng)變化。這種對(duì)外場(chǎng)響應(yīng)的能力大小通常采用磁電轉(zhuǎn)化系數(shù)α(α=dE/dH)來(lái)評(píng)價(jià)，即微小磁場(chǎng)變化引起的電場(chǎng)改變。迄今為止，已經(jīng)公開了許多關(guān)于制備磁電復(fù)合材料的方法、性質(zhì)和相關(guān)應(yīng)用，特別是在磁場(chǎng)探測(cè)和傳感方面的應(yīng)用。但是，這些技術(shù)未能涉及針對(duì)頻率較寬磁場(chǎng)信號(hào)的使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是：提供一種不僅響應(yīng)于共振頻率，而且在相當(dāng)寬的頻率范圍都有較明顯的響應(yīng)的寬頻帶可用的交流磁場(chǎng)傳感器及其制作方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種寬頻帶可用的交流磁場(chǎng)傳感器，其特征在于，包括大于等于三個(gè)的具有磁電效應(yīng)的磁電耦合元件，所述磁電耦合元件具有可以漸變的共振頻率，所述電耦合元件以正負(fù)極首尾相接的方式串聯(lián)起來(lái)，其中第一塊磁電耦合元件的正極，和最后一塊磁電耦合元件的負(fù)極分別接電信號(hào)處理端的正、負(fù)極。

進(jìn)一步的，所述磁電耦合元件為單相磁電耦合材料，多相復(fù)合磁電材料，或多層復(fù)合材料組成。

進(jìn)一步的，所述磁電耦合元件為壓電材料與磁致伸縮材料復(fù)合而成的磁電復(fù)合材料組成。

進(jìn)一步的，所述壓電材料是具有壓電效應(yīng)的陶瓷材料或聚合物，所述磁致伸縮材料是稀土-鐵系化合物。

進(jìn)一步的，所述磁電耦合元件的長(zhǎng)度為漸變的形式。

進(jìn)一步的，所述磁電耦合元件中的壓電材料層略長(zhǎng)于磁致伸縮材料層。

進(jìn)一步的，所述磁電耦合元件采用Terfenol-D和Pb(Zr,Ti)O3雙層復(fù)合。

進(jìn)一步的，所述磁電耦合元件為4片，Terfenol-D厚度為0.8mm，Pb(Zr,Ti)O3厚度為0.6mm，所述兩層用環(huán)氧樹脂粘合，四片長(zhǎng)度分別為160mm，150mm，140mm，130mm。

一種寬頻帶可用的交流磁場(chǎng)傳感器的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）制備不同長(zhǎng)度的磁電耦合單元片，每片均包含壓電材料片和磁致伸縮材料片，兩層或多層片狀材料以壓電/磁致伸縮的模式粘合而成為一個(gè)磁電耦合單元片；

（2）將不同長(zhǎng)度的磁電耦合單元片的長(zhǎng)度剪裁為漸變的形式，從而獲得共振頻率漸變的單元片；

（3）將長(zhǎng)度漸變的磁電耦合單元片以壓電材料的正負(fù)極首尾相接的方式串聯(lián)起來(lái)，即第二片的正極結(jié)第一片的負(fù)極，第三片的正極結(jié)第二片的負(fù)極，依次類推，第一片的正極，和最后一片的負(fù)極分別接電信號(hào)處理端。

工作原理：每一片元件都有一個(gè)共振響應(yīng)峰。由于長(zhǎng)度漸變的元件其共振頻率也是漸變的，因而，串聯(lián)在一起之后，共振峰會(huì)發(fā)生一定程度的疊加，導(dǎo)致單個(gè)尖銳的共振峰變成一個(gè)共振平臺(tái)。從而使得器件系統(tǒng)對(duì)較寬的頻率都有響應(yīng)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

本發(fā)明的傳感器對(duì)很寬頻率的交流信號(hào)有響應(yīng)，成為寬頻帶可用的傳感器。通過(guò)對(duì)元件尺寸和串聯(lián)個(gè)數(shù)的調(diào)整，可以控制頻帶的位置和寬度。此外，本發(fā)明的方法也使得器件非共振區(qū)域的響應(yīng)線性增加，從而非共振區(qū)域也變得可用。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為本發(fā)明的一個(gè)磁電耦合元件（磁電耦合單元片）結(jié)構(gòu)圖。

圖2多個(gè)長(zhǎng)度漸變的磁電耦合單元片的串聯(lián)。

圖3串聯(lián)后的測(cè)試效果圖。

其中：1表示磁致伸縮片層；2表示壓電片層；3為2的上表面即正電極；4為2的下表面即負(fù)電極。

具體實(shí)施方式