[发明专利]一种磁致伸缩材料与石英音叉复合低阻尼谐振式磁电敏感单元

说明书

本发明提出一种磁致伸缩材料与石英音叉复合低阻尼谐振式磁电敏感单元，包含磁致伸缩层和石英音，所述石英音叉安装在磁致伸缩层上，所述石英音叉的两根叉指相互平行，当磁致伸缩层在磁场作用下发生形变时，所述形变传递至石英音叉使至石英音叉发生谐振，且两根叉指的振动方向相反；所述石英音叉两根叉指的结合部与磁致伸缩层固定结合，或者所述石英音叉中的一根叉指与磁致伸缩层的端部固定结合。本发明体积小、制作方便、成本低，可用于磁场的高灵敏度测量。

技术领域

本发明属于磁电敏感技术领域，具体涉及一种磁致伸缩材料与高Q值石英音叉复合低阻尼谐振式磁电敏感单元。

背景技术

磁场作为一个基本的物理量，对其精确地测量具有重要意义。传统的磁场传感器主要有霍尔传感器、磁通门传感器、超导量子干涉仪、巨磁阻抗传感器、电磁感应传感器、磁敏二极管磁传感器、磁敏三极管磁传感器等。

磁致伸缩/压电复合材料具有巨磁电效应，在磁传感器、磁电换能器等领域具有广泛的应用前景。磁电效应最早被发现存在于单相磁电材料Cr₂O₃中，但是其磁电效应非常微弱。研究者们提出将磁致伸缩材料与压电材料以一定方式复合，利用乘积效应获得具有磁电效应的复合材料，在磁致伸缩/压电复合材料的研究过程中，已发展出颗粒混相复合、叠层复合、横向复合、嵌入式复合等多种复合方式。磁致伸缩/压电复合材料通过磁-机-电耦合，当激励磁场频率接近其谐振频率时磁电效应能够得到显著增强。这种谐振状态下磁电效应得到显著增加的特性，在磁电传感器与换能器领域有着广泛的应用前景。理论分析表明，谐振式磁电复合磁场传感器的磁电电压系数与复合材料的有效机械品质因数(Q值)成正比。在此基础上，研究者们相继制备了各种谐振式磁电复合材料。实际上，磁致伸缩与压电材料叠层复合方式下，磁致伸缩层与压电层之间通过应变实现耦合，由于磁致伸缩材料本身具有高磁机阻尼，磁致伸缩/压电复合结构的有效Q值被限制。根据唯象理论和技术磁化过程，由于不同磁场作用下磁畴运动特性影响，很难找到一种同时具有高压磁系数、高Q值和磁弹性内耗对磁场没有依赖性的磁致伸缩材料。幸运的是，有很多高Q值的压电材料如石英晶体、ZnO、AlN等。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种低损耗，高Q值的谐振式磁电敏感单元，且磁电敏感单元体积小、制作方便、成本低，可用于磁场的高灵敏度测量。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种磁致伸缩材料与石英音叉复合低阻尼谐振式磁电敏感单元，包含磁致伸缩层和石英音，所述石英音叉安装在磁致伸缩层上，所述石英音叉的两根叉指相互平行，当磁致伸缩层在磁场作用下发生形变时，所述形变传递至石英音叉使至石英音叉发生谐振，且两根叉指的振动方向相反。

较佳地，所述石英音叉两根叉指的结合部与磁致伸缩层固定结合。

较佳地，所述磁致伸缩层为长条形，所述固定结合的区域位于述磁致伸缩层一侧面的中部。

较佳地，所述石英音叉两根叉指的结合部形成平面，所述平面全部与磁致伸缩层结合。

较佳地，所述石英音叉中的一根叉指与磁致伸缩层的端部固定结合。

较佳地，所述磁致伸缩层为长条形，其端部形状和大小与石英音叉中的叉指的形状和大小相适应，所述石英音叉中的一根叉指的侧面全部与磁致伸缩层的端部结合。

较佳地，所述石英音叉通过环氧树脂AB胶固定在磁致伸缩层上。

较佳地，所述磁致伸缩层由Terfenol-D、FeGa合金或者FeCo合金中的一种材料切割而成。

较佳地，所述磁致伸缩层沿纵向极化。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明所提出的磁致伸缩材料与石英音叉复合的磁电敏感单元结构简单，体积小，且石英音叉为商用晶振去除封装外壳后得到，成本低，适合批量生产。