[發明專利]磁致伸縮/諧振器串聯復合的諧振式磁傳感器

在審

• 申請號: 201710853324.3
• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號: CN109521377A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 卞雷祥;吳一凡
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01R33/06
• 分類號: G01R33/06;G01R33/10
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

本發明公開了一種磁致伸縮/諧振器串聯復合的諧振式磁傳感器，屬于磁傳感器領域，包括兩個磁致伸縮片、音叉諧振器、固支結構、振蕩電路以及頻率檢測單元，其中，音叉諧振器的兩端分別與對應的磁致伸縮片的一端連接；音叉諧振器與磁致伸縮片固定在固支結構內；音叉諧振器與振蕩電路連接構成振蕩電路環路，振蕩電路自激振蕩,并根據音叉諧振器諧振頻率自激振蕩輸出振蕩信號，音叉諧振器根據振蕩信號發生諧振；頻率檢測單元用于檢測音叉諧振器諧振頻率。本發明提出的磁致伸縮/諧振器串聯復合的諧振式磁傳感器，可通過增加磁致伸縮片的長度產生較大的伸縮變形，從而提高靈敏度。

技術領域

本發明屬于磁傳感器領域，尤其涉及一種磁致伸縮/諧振器串聯復合的諧振式磁傳感器。

背景技術

常見的高精度磁傳感器種類主要有超導量子干涉磁強計(SQUID)、電磁感應式磁傳感器、磁通門磁傳感器、核磁共振磁傳感器、光泵式磁傳感器、巨磁阻抗傳感器等。然而，現有磁傳感器總是或多或少的存在一些不如人意的地方，為了開發高精度、高性價比的新型磁傳感器，人們從來都沒有停止過對磁傳感器新原理和新方法的研究。采用數字頻率輸出諧振式磁傳感器，由于其抗干擾能力強，功耗低，傳感器電路簡單等特點，受到廣泛的關注。發明專利(一種頻率轉換輸出的高Q值諧振磁傳感器，申請號：201510924509.X)和文獻(Bian L,Wen Y,Li P,et al.Magnetostrictive stress induced frequency shift inresonator for magnetic field sensor[J].Sensors&Actuators A Physical,2016,247:453-458)提出了一種磁致伸縮材料與諧振器復合的數字頻率輸出諧振式磁傳感器，利用磁致伸縮力引起諧振器諧振頻率變化來探測磁場。然而，該傳感器結構是將致伸縮片與音叉諧振器以“并聯”方式復合在一起，該結構方式下音叉諧振器產生的變形小于等于磁致伸縮伸長量，頻率變化量受限于磁致伸縮系數。

發明內容

本發明的目的在于提出一種磁致伸縮/諧振器串聯復合的諧振式磁傳感器。

本發明提出的一種數字頻率輸出的磁致伸縮/諧振器串聯復合的諧振式磁傳感器，包括兩個磁致伸縮片、音叉諧振器、固支結構、振蕩電路以及頻率檢測單元，其中，所述音叉諧振器的兩端分別與對應的磁致伸縮片的一端連接(即“串聯”復合方式)；所述音叉諧振器與磁致伸縮片固定在固支結構內；

所述音叉諧振器與振蕩電路連接構成振蕩電路環路，振蕩電路自激振蕩,并根據音叉諧振器諧振頻率輸出振蕩信號，所述音叉諧振器根據振蕩信號發生諧振；

所述頻率檢測單元用于檢測音叉諧振器諧振頻率。

本發明與現有技術相比，其顯著優點在于：

1)本發明中音叉諧振器兩端分別與一個磁致伸縮片的一端連接(即“串聯”復合方式)，可通過增加磁致伸縮片的長度產生較大的伸縮變形，從而提高靈敏度；2)本發明磁傳感器結構簡單，穩定性好且功耗較低，便于與各種需要磁測量的設備集成，作為其他設備的內置元件；3)本發明磁傳感器采用頻率輸出，不同于現有大部分磁傳感器的模擬量輸出，其具有抗噪聲干擾能力強的特點，特別適用于某些噪聲干擾強，同時輸出信號又需要較高準確度的測量場合；4)本發明在保證了測量精度的同時，省去了A/D轉換和復雜繁瑣的信號處理電路，僅需要簡單的頻率計數器和振蕩電路即可完成信號的測量，從而減少了成本，降低了生產難度。

下面結合附圖對本發明做進一步詳細的描述。

附圖說明

圖1為本發明一種磁致伸縮/諧振器串聯復合的諧振式磁傳感器實施例1的結構分裝圖。

圖2為本發明一種磁致伸縮/諧振器串聯復合的諧振式磁傳感器實施例1的結構整裝圖。

圖3為本發明一種磁致伸縮/諧振器串聯復合的諧振式磁傳感器實施例1所用的振蕩電路電路圖。