[发明专利]一种新型各向同性磁电传感器

说明书

本发明公开了一种新型各向同性磁电传感器结构，该各向同性磁电传感器由圆柱状的磁致伸缩材料与圆环状的压电材料组成。各向同性磁电传感器根据结构上呈对称状态，因此对二维平面内变换的磁场，无关传感器与被测磁场方向的夹角为多少，其输出是不会改变的。在此基础上，本发明提出一种各向同性磁电测量装置，该装置在所述传感器正上方以及正下方放置对称磁铁，产生对称发散的偏置磁场，从而实现不影响各向同性的同时，增大磁电转换系数。本发明中，两个磁铁与磁电传感器完全同轴放置，根据有限元建模的理论分析结果显示，本发明对磁场测量具有很好的各向同性。本发明还具有成型工装结构简单，能实现动态场景下的磁场测量。

技术领域

本发明属于新型磁电传感器领域，更具体地，涉及一种采用磁致伸缩材料结合压电材料构成的各向同性磁电传感器。

背景技术

磁电效应主要是指由磁场产生的电极化现象。迄今为止，磁电效应已经在单相材料和复合多相材料中发现，据相关文献报道，单相材料中的磁电效应非常小，相对来讲，磁电复合多相材料中的磁电效应非常大。磁电效应的重要衡量目标是其磁电响应系数，磁电响应系数越大，说明磁电传感器的灵敏度越大，性能越好。因此，如何提高磁电响应系数就成为近年来科学家们关注的重点。然而，在提高磁电响应系数的同时，复合磁电材料对磁场方向的灵敏特性也成为影响传感器精度的重要因素。

一般情况下，磁传感器可分为矢量磁传感器和标量磁传感器，其中矢量磁传感器由三个单轴矢量磁传感器两两正交组成，不仅可测量磁场的总强度，还能确定磁场的方向；标量磁传感器通常只有一个独立的传感单元，只能测量磁场的总强度，不能确定磁场的方向。按照上述分类，可将磁电传感器分为矢量磁电传感器和标量磁电传感器，评价指标分别为磁各向异性和磁各向同性。

矢量磁电传感器已被有关学者研究，对于矢量磁电传感器(例如x轴)来讲，理想情况下，除了在测量轴(例如x轴)上出现明显的磁电响应外，其他正交轴方向(例如y轴和z轴)的磁电响应可以忽略不计。而对于空间某一点的磁场测量，通常情况下是由两两正交的三个单轴矢量传感器组成，由于单轴间各向异性的影响，三轴传感器中便存在交叉轴响应，严重影响传感器的测量精度。例如，在2006年发表的文献《Near-ideal mag-netoelectricityin high-permeability magnetostrictive/piezofiber laminates with a(2-1)connectivity》中，Dong shuxiang等人研究了磁致伸缩和压电纤维构成的层状磁电传感器，其磁电响应系数可达到22V/cm Oe(1Hz)，层状复合材料的各向异性达到100～1000。

标量磁电传感器的研究思路与矢量磁电传感器刚好相反，对于标量磁电传感器来讲，理想情况下，除了在x轴上出现明显的磁电响应外，其他正交轴方向(例如y轴和z轴)均出现相同的磁电响应。这意味着，提高交叉轴效应会极大程度上提高传感器的各向同性，对于结构对称的磁电传感器来讲，由于其结构优势，能够有效提高轴间的交叉响应，极大程度能够提高标量磁电传感器对磁场总强度的测量精度。

但是，迄今为止，尚未见到各向同性标量磁电传感器的相关研究报道。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷，本发明提出了一种各向同性磁电传感器，其目的在于对二维平面内的磁场实现各向同性测量，由此解决现有磁电传感器存在的输出电信号随着被测磁场方向的不同而发生变化的技术问题。

本发明提出的一种新型各向同性磁电传感器，包括一个圆形或环形压电材料、电极和多个圆柱形磁致伸缩材料；其中：

所述多个圆柱形磁致伸缩材料均匀设在所述压电材料上，各个磁致伸缩材料的一个底面与所述压电材料紧密结合；各个磁致伸缩材料结构和尺寸相同，各个磁致伸缩材料的圆心共圆；

所述电极分别设在所述压电材料的上下两个表面。