[發明專利]一種磁傳感裝置

有效

• 申請號: 201910319990.8
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN110118947B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 楊曉非;王鮮然;劉項力;陳實;歐陽君;李家普
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明公開了一種磁傳感裝置，包括諧振模塊、伸縮模塊和測頻模塊；諧振模塊與伸縮模塊通過耦合的方式連接，測頻模塊通過電極與諧振模塊相連；諧振模塊包括一個單獨的諧振器，通過接收測頻模塊的電壓信號產生諧振振動；伸縮模塊采用磁致伸縮材料，通過接受外部磁場的變化，將磁致伸縮效應產生的應力和彈性模量的變化反饋給諧振模塊；測頻模塊用于驅動諧振模塊的諧振振動，并通過測量諧振模塊工作狀態的變化，獲取外部磁場信號。本發明提供了一種單梁諧振器的磁傳感裝置，將磁場變化轉換為諧振器頻率變化，實現低成本、高靈敏度的磁場測量。

技術領域

本發明屬于傳感器領域，更具體地，涉及一種磁傳感裝置。

背景技術

磁傳感器的應用十分廣泛，已在工業、國防、科技、醫療等領域都發揮著重要作用，是現代傳感器產業的一個主要分支。尤其是矢量磁傳感器，如霍爾傳感器、各向異性磁阻傳感器、巨磁阻傳感器、隧道磁電阻傳感器、巨磁阻抗傳感器和磁電傳感器等微小型傳感器，因其價格低廉、體積小、功耗低等特點，在低成本的電流測量、位置檢測、速度檢測、硬盤磁頭、無損檢測等方面應用更是廣泛。但是上述低成本磁傳感器都還存在低頻1/f噪聲比較大的問題，在對準直流磁場的測量時難以實現更高精度測量，如地磁探測、磁異常探測與定位等應用。

諧振式傳感器采用某種諧振器的固有振動頻率隨被測對象的變化而變化的原理進行測量。采用諧振式原理的傳感器，如諧振式壓力傳感器、應力/應變傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器、氣體傳感器等，具有數字化輸出、量化誤差小、線性度高、精度高的特點，常用于高精度測量領域。

磁電型磁傳感器也有用到磁致伸縮材料與壓電材料的耦合，但是其原理是將磁致伸縮材料因被測磁場變化而產生的應變傳遞到壓電材料上，從而在壓電材料上引起輸出電壓變化，與諧振式原理還有較大區別。磁電型磁傳感器檢測輸出的是壓電材料的輸出電壓信號，而不是其振動頻率信號。近些年，也有少量研究人員設計了幾種采用MEMS技術加工的諧振式磁傳感器，但其大多采用線圈電流在磁場中受到的洛倫茲力來改變諧振器的固有頻率的方法，靈敏度低、功耗大、結構可靠性也低。總而言之，需要一種更好的方式來實現諧振式磁場測量。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種磁傳感裝置，旨在解決現有的諧振式傳感器測量磁場存在的成本高、精度低的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種磁傳感裝置，包括諧振模塊、伸縮模塊和測頻模塊；

諧振模塊與伸縮模塊通過耦合的方式連接，測頻模塊通過電極與諧振模塊相連；

諧振模塊包括一個單獨的諧振器，通過接收測頻模塊的電壓驅動信號產生諧振振動，并且在伸縮模塊應力和彈性模量的變化的反饋下工作狀態發生改變；伸縮模塊采用磁致伸縮材料，通過接受外部磁場的變化，將磁致伸縮效應產生的應力和彈性模量的變化反饋給諧振模塊；測頻模塊用于驅動諧振模塊的諧振振動，并通過測量諧振模塊工作狀態的變化，獲取外部磁場信號。

優選地，諧振模塊與伸縮模塊耦合的方式可以為鍍膜、涂覆、粘貼、焊接或者化學合成等方法，但不局限于這幾種方式。

優選地，測頻模塊與伸縮模塊相連的方式包括引線或者倒裝錫球封裝。

優選地，外部磁場的變化包括磁場幅度的變化和磁場頻率的變化。

優選地，測頻模塊用于驅動諧振模塊的諧振振動的方式可以采用壓電激勵、電場激勵、電磁激勵、熱激勵、激光激勵等，但不局限于這幾種方式。

優選地，諧振模塊的工作狀態包括諧振器的諧振頻率。