[發明專利]一種磁致伸縮材料與石英音叉復合低阻尼諧振式磁電敏感單元

在審

• 申請號: 201811380206.6
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109444770A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 卞雷祥;李大威;朱志偉;賈云飛;戎曉力;王明洋
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02;G01R33/06
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 孟睿

本發明提出一種磁致伸縮材料與石英音叉復合低阻尼諧振式磁電敏感單元，包含磁致伸縮層和石英音，所述石英音叉安裝在磁致伸縮層上，所述石英音叉的兩根叉指相互平行，當磁致伸縮層在磁場作用下發生形變時，所述形變傳遞至石英音叉使至石英音叉發生諧振，且兩根叉指的振動方向相反；所述石英音叉兩根叉指的結合部與磁致伸縮層固定結合，或者所述石英音叉中的一根叉指與磁致伸縮層的端部固定結合。本發明體積小、制作方便、成本低，可用于磁場的高靈敏度測量。

技術領域

本發明屬于磁電敏感技術領域，具體涉及一種磁致伸縮材料與高Q值石英音叉復合低阻尼諧振式磁電敏感單元。

背景技術

磁場作為一個基本的物理量，對其精確地測量具有重要意義。傳統的磁場傳感器主要有霍爾傳感器、磁通門傳感器、超導量子干涉儀、巨磁阻抗傳感器、電磁感應傳感器、磁敏二極管磁傳感器、磁敏三極管磁傳感器等。

磁致伸縮/壓電復合材料具有巨磁電效應，在磁傳感器、磁電換能器等領域具有廣泛的應用前景。磁電效應最早被發現存在于單相磁電材料Cr₂O₃中，但是其磁電效應非常微弱。研究者們提出將磁致伸縮材料與壓電材料以一定方式復合，利用乘積效應獲得具有磁電效應的復合材料，在磁致伸縮/壓電復合材料的研究過程中，已發展出顆粒混相復合、疊層復合、橫向復合、嵌入式復合等多種復合方式。磁致伸縮/壓電復合材料通過磁-機-電耦合，當激勵磁場頻率接近其諧振頻率時磁電效應能夠得到顯著增強。這種諧振狀態下磁電效應得到顯著增加的特性，在磁電傳感器與換能器領域有著廣泛的應用前景。理論分析表明，諧振式磁電復合磁場傳感器的磁電電壓系數與復合材料的有效機械品質因數(Q值)成正比。在此基礎上，研究者們相繼制備了各種諧振式磁電復合材料。實際上，磁致伸縮與壓電材料疊層復合方式下，磁致伸縮層與壓電層之間通過應變實現耦合，由于磁致伸縮材料本身具有高磁機阻尼，磁致伸縮/壓電復合結構的有效Q值被限制。根據唯象理論和技術磁化過程，由于不同磁場作用下磁疇運動特性影響，很難找到一種同時具有高壓磁系數、高Q值和磁彈性內耗對磁場沒有依賴性的磁致伸縮材料。幸運的是，有很多高Q值的壓電材料如石英晶體、ZnO、AlN等。

發明內容

有鑒于此，本發明提出一種低損耗，高Q值的諧振式磁電敏感單元，且磁電敏感單元體積小、制作方便、成本低，可用于磁場的高靈敏度測量。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種磁致伸縮材料與石英音叉復合低阻尼諧振式磁電敏感單元，包含磁致伸縮層和石英音，所述石英音叉安裝在磁致伸縮層上，所述石英音叉的兩根叉指相互平行，當磁致伸縮層在磁場作用下發生形變時，所述形變傳遞至石英音叉使至石英音叉發生諧振，且兩根叉指的振動方向相反。

較佳地，所述石英音叉兩根叉指的結合部與磁致伸縮層固定結合。

較佳地，所述磁致伸縮層為長條形，所述固定結合的區域位于述磁致伸縮層一側面的中部。

較佳地，所述石英音叉兩根叉指的結合部形成平面，所述平面全部與磁致伸縮層結合。

較佳地，所述石英音叉中的一根叉指與磁致伸縮層的端部固定結合。

較佳地，所述磁致伸縮層為長條形，其端部形狀和大小與石英音叉中的叉指的形狀和大小相適應，所述石英音叉中的一根叉指的側面全部與磁致伸縮層的端部結合。

較佳地，所述石英音叉通過環氧樹脂AB膠固定在磁致伸縮層上。

較佳地，所述磁致伸縮層由Terfenol-D、FeGa合金或者FeCo合金中的一種材料切割而成。

較佳地，所述磁致伸縮層沿縱向極化。

本發明與現有技術相比，其顯著優點在于：

(1)本發明所提出的磁致伸縮材料與石英音叉復合的磁電敏感單元結構簡單，體積小，且石英音叉為商用晶振去除封裝外殼后得到，成本低，適合批量生產。