[發明專利]一種基于磁電效應的多軸磁梯度計

有效

• 申請號: 201911082109.3
• 申請日: 2019-11-07
• 公開（公告）號: CN111208453B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 楊浛;邱陽;周浩淼;朱明敏;郁國良
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01R33/06
• 分類號: G01R33/06;G01R33/00
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明公開了一種基于磁電效應的多軸磁梯度計，包括讀取單元及若干相互連接的多鐵性磁傳感器，所述讀取單元輸入端連接多鐵性磁傳感器，讀取單元的輸出端作為信號讀取端，其中多鐵性磁傳感器分為若干方向。多鐵性磁傳感器感受到磁場后會產生電勢差，利用相互連接的方式可以實現電勢差的疊加或抵消，通過將若干多鐵性磁傳感器分為多個方向，可以同時檢測多個方向的磁場強度，再通過電壓的疊加或抵消得到輸出值。本發明的實質性效果包括：通過特定結構及連接方式實現直接測量磁場強度差值，不再依賴額外的計算，測量簡單快捷，且可以實現多方向的測量。

技術領域

本發明涉及磁場測量領域，特別涉及一種基于磁電效應的多軸磁梯度計。

背景技術

磁電耦合效應是指材料在外加磁場作用下產生電極化或者材料在外加電場作用下產生磁化的現象。因此，在同時具有壓電效應和磁致伸縮效應的材料系統中，外界磁場的變化可以通過磁電耦合效應產生電信號響應，并且該電信號響應與外界磁場幅值成一定范圍的線性關系。目前，經過良好屏蔽處理，磁電材料在諧振頻率下可以探測到1.2*10^-10 T的交流磁場；利用非晶層的高磁導率和強磁性各向異性，可以使得非晶合金/PZT纖維陣列疊層復合材料對直流磁場具有10^-9T的靈敏度，以及高達10^-5度的角度靈敏度。已有的研究案例展示了基于磁電材料的磁場傳感器在航海航空、醫學檢測、地質勘探、信息處理等方面的應用前景，并且其具有靈敏度高、成本低、功耗小等優點。

如授權公告號 CN101047225B的發明提供一種磁電耦合器件，其包括：兩個磁致伸縮材料片；壓電器件，其位于兩個磁致伸縮材料片之間并與其耦合，用以將磁致伸縮材料產生的位移轉換為電信號；以及夾具，其上安裝耦合在一起的壓電器件和兩個磁致伸縮材料片。

但是，許多情況下，需要檢測的目標磁場往往疊加在干擾磁場中，現有技術讀取的數值均為疊加后的磁場，而無法直接讀取出目標磁場，給測量帶來困難，另外面對不同方向的磁場，檢測也存在困難。

發明內容

針對現有技術無法從多種磁場中直接獲取目標磁場的磁場強度的問題，本發明提供了一種基于磁電效應的多軸磁梯度計，利用多鐵性磁傳感器的感應原理，將若干多鐵性磁傳感器以不同的方向相互連接，實現直接獲取多種方向磁場強度的差值或疊加值，解決了上述問題。

以下是本發明的技術方案。

一種基于磁電效應的多軸磁梯度計，包括讀取單元及若干相互連接的多鐵性磁傳感器，所述讀取單元輸入端連接多鐵性磁傳感器，讀取單元的輸出端作為信號讀取端，其中多鐵性磁傳感器分為若干方向。多鐵性磁傳感器感受到磁場后會產生電勢差，利用相互連接的方式可以實現電勢差的疊加或抵消，如以抵消的方式相互連接，將多鐵性磁傳感器放置在不同磁場環境中，則可以測量出不同磁場的強度差，例如當待測磁場與其他干擾磁場疊加時，通過在干擾磁場及疊加磁場分別放置多鐵性磁傳感器的方式，可以一次性準確測量出待測磁場的單獨磁場強度。通過將若干多鐵性磁傳感器分為多個方向，可以同時檢測多個方向的磁場強度，再通過電壓的疊加或抵消得到輸出值。

作為優選，所述多鐵性磁傳感器包括至少一層壓電層及至少一層磁致伸縮層，其中工作電動勢最低的一端作為陰極，工作電動勢最高的一端作為陽極，多鐵性磁傳感器之間以同極連接的方式相互連接。連接的形式包括串聯和并聯，依據需求而定，通過同極連接，可以使得相鄰多鐵性磁傳感器電動勢抵消，在讀取整體數值時，即是磁場強度差對應的電動勢。

作為優選，所述若干多鐵性磁傳感器通過共用一層壓電層的方式連接。該結構是將共用的壓電層類比成基座，每個多鐵性磁傳感器分別沿一定方向設置，以檢測不同方向的磁場。

作為優選，所述多鐵性磁傳感器共分為三個相互垂直的方向，每個方向包含至少兩個多鐵性磁傳感器。比較常見的三維直角坐標系可以表示出立體空間中任意向量，因此參照這種設計制作的多鐵性磁傳感器組合，可以簡化多方向磁場強度的檢測和記錄。