[發明專利]一種消除弱磁場傳感器干擾磁場的方法

有效

• 申請號: 201410450347.6
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104267362B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 白飛明;肖云升;鐘志勇;張懷武;文丹丹
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01R35/00
• 分類號: G01R35/00
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李玉興

技術領域

本發明屬于傳感器領域，具體涉及一種消除弱磁場傳感器干擾磁場的裝置及方法，尤其是涉及基于巨磁電效應的消除弱磁場傳感器干擾磁場的裝置及方法。

背景技術

隨著技術的發展，基于巨磁電效應(giant?magnetoelectric?effect,GME)的新型磁電復合材料在弱磁場探測方面受到廣泛關注，產生了基于巨磁電效應的弱磁場傳感器。美國弗吉尼亞理工大學的研究員們在層狀FeSiBC/PZT纖維復合材料中獲得了高達22V/cm?Oe的磁電電壓耦合系數，比傳統的顆粒磁電復合材料高出3～4個量級，而在諧振頻率附近磁電電壓耦合系數接近500V/cm?Oe。對其進行磁場檢測，可知在1kHz頻率下磁場分辨率可達到10^-11Tesla/Hz^1/2；且該材料在機電諧振頻率附近可得到10～000倍放大的磁電電壓系數。實測在諧振頻率下的磁場分辨率可達到10^-15Tesla/Hz^1/2量級。由于GME傳感器具有很大的使用價值，因此國內也有很多專利及論文公開與其有關的研究。然而國內外的研究中的磁場分辨率一般都是在最佳的直流偏置磁場下獲得，當存在強干擾磁場時，磁電電壓耦合系數會明顯下降，背景噪音增強，增大測試誤差。

公知的，地球磁場的范圍為0.4～0.6Oe，磁場變化在0.02nT/m。但還存在巖石磁性所引起的在局部地區可以達到1～2Oe(奧斯特)的大的異常磁場。而為了探測地震地磁信息或便于為潛艇、飛機和導彈進行地磁導航，需要對零磁場附近的地球異常磁場非常敏感的傳感器。而載體通常都是由鐵磁性材料制成的，在制造和行進過程中受地球磁場的作用被磁化而顯示出磁性，對所處的空間的地球磁場產生影響。因此，亟需一種方法來補償和消除弱磁場傳感器的干擾磁場。目前，一些商用的磁力儀主要采用手動的磁場補償方式，這些補償方法均需實地操作，不適宜于遠程控制，且操作不便，精度低；且目前的技術最大的缺陷在于需要犧牲測量范圍來達到需要的測量精度(即分辨率)。而在地磁的異常磁場探測中對分辨率和測量范圍都有較高的要求，因此就需要一種基于巨磁電效應的消除弱磁場傳感器干擾磁場的裝置及方法，以便保證在大的測量范圍內進行高分辨率的異常磁場探測。

在現有技術中常用層狀磁電復合材料作為傳感器。在使用時一般會將層狀磁電復合材料置于最佳的直流磁偏置場下，此時其磁電電壓系數最大。在諧振頻率下，磁電電壓系數能在很寬的頻率范圍內保持平坦，該特性保證了地磁異常場測試有一較大的頻率范圍。當改變偏置磁場時，由于磁致伸縮效應，磁致伸縮層會給壓電片施加一個預應力，從而使機電諧振頻率偏移，施加的磁場越大，頻率偏移量越大。所以可以通過精確測試諧振頻率偏移來計算出偏置磁場大小。這也為消除干擾磁場技術提供了可行的契機。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種消除弱磁場傳感器干擾磁場的裝置及方法，該裝置及方法能夠在較大的測量范圍內進行高分辨率異常磁場探測，穩定性強，靈敏度高。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種消除弱磁場傳感器干擾磁場的裝置，包括直流電源、試件、螺線管線圈、鎖相放大器、功率放大器及計算機，所述螺線管線圈能夠提供直流偏置磁場和交流磁場，螺線管線圈纏繞在試件的外部，計算機分別與直流電源及鎖相放大器相連，鎖相放大器還分別與功率放大器及試件相連，直流電源及功率放大器又分別與螺線管線圈相連；所述試件為磁致伸縮材料層、銀電極層與壓電材料層形成的層狀磁電復合材料，壓電材料層的上下表面分別覆有被極化過的銀電極層，兩個磁致伸縮材料層分別設置在兩個銀電極層的外側。

具體的，所述磁致伸縮材料為金屬玻璃，壓電材料為聚偏氟乙烯。

進一步的，金屬玻璃的材質為FeSiBC，其厚度為25μm，聚偏氟乙烯層的厚度為50μm。

進一步的，所述層狀復合磁電材料的長度為35mm，寬度為15mm。

為解決上述技術問題，本發明采用的另一技術方案是：一種消除弱磁場傳感器干擾磁場的方法，包括以下步驟：

A.在螺線管線圈上施加偏置電壓，使得層狀磁電復合材料處在偏置磁場中，并處于諧振頻率變化敏感的狀態；

B.在螺線管線圈上施加變頻交流電信號，產生交流磁場；

C.掃頻測試層狀磁電復合材料的磁電電壓系數，并獲得諧振頻率和諧振峰值，計算機將磁電電壓系數與預先存儲的磁電電壓系數與不同偏置磁場的關系曲線進行比對，獲得干擾磁場的大??；