[发明专利]一种基于悬臂梁的广义磁电效应能量转换方法

说明书

一种基于悬臂梁的广义磁电效应能量转换方法，包括以下步骤：步骤1，将PVDF压电薄膜一端固定，以悬臂梁结构固定到亥姆霍兹线圈与电磁铁两极中间部位，使交流磁场与直流磁场方向相互垂直；步骤2，设置亥姆霍兹线圈发出的交流磁场，得出PVDF样品输出电压与直流磁场的关系；步骤3，设置直流磁场发生器产生的磁场，用电流放大器和锁相放大器得到电流响应，得出PVDF样品输出电压与交流磁场频率的关系；步骤4，用传感器和激光控制器组成的激光振动计系统测试PVDF压电薄膜振动参数，验证所研究的电磁效应是一种通过机械耦合相互作用的电磁耦合现象；具有磁电效应能量转换准确、便捷的特点。

技术领域

本发明属于磁电材料能量转换技术领域，具体涉及一种基于悬臂梁的广义磁电效应能量转换方法。基于悬臂梁结构的压电薄膜在交直流磁场下的磁电转换方法。

背景技术

目前，随着智能科学技术和电子计算机应用的迅速发展，需要大量的传感器进行能量信息的检测和处理，转换成可与计算机相兼容的讯号，给磁传感器的发展提供了巨大的平台，形成了前景广阔的磁传感产业链。磁传感广泛应用于智能电网、地质勘探、自然灾害预测、生物医学、军事设备等各个方面，尤其在磁场检测领域有着极其重要的地位。在当前磁性传感器中，磁电转换方法主要基于霍尔效应、磁电阻效应、磁通门效应、磁致弹性效应、多铁性材料的自发性磁电效应等制成的。但是，基于上述效应的磁电转换方法有各自的优点，同时也有各自的不足之处，其主要体现在灵敏度低、结构复杂、制作成本高、使用环境条件苛刻、受外界干扰强等方面。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于悬臂梁的广义磁电效应能量转换方法，磁电效应能量转换准确、便捷，解决磁传感灵敏度、磁电转换率和制作工艺方面的技术难题，可用于制作磁场传感器；该方法基于压电薄膜PVDF实现磁电响应，压电薄膜PVDF在涡流产生的洛伦兹力作用下产生电荷，实现磁电能量转换，具有无源、高柔韧性、高压电性能和良好的机械性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明采用溶液流延法制备PVDF薄膜，随后通过极化、磁控溅射过程处理，最终制得一矩形尺寸的镀金压电薄膜，尺寸厚度为28μ_m，长度4cm，宽度为1cm；将压电材料PVDF以悬臂梁结构固定，两边是亥姆霍兹线圈，利用线圈提供交流磁场，线圈与一个电压放大器相连，电压放大器由波形发生器控制；压电材料PVDF侧面为电磁铁的两极，作为直流磁场发生器，与一个直流电压源相连接。实验中，通过特斯拉计(F.W.5080)在电磁铁两极之间的气隙中测量直流磁场的大小，直流磁场方向与亥姆霍兹线圈产生的交流磁场是相互垂直的。变化的磁场在样品内部产生涡流，因此，样品薄膜在涡流产生的洛伦兹力下沿厚度方向上下震动，发生磁电效应。通过在室温下用电流放大器和锁相放大器测量磁场诱导的压电电流，得到电流响应。

一种基于悬臂梁的广义磁电效应能量转换方法，包括以下步骤：

步骤1，将PVDF压电薄膜一端固定，以悬臂梁结构固定到亥姆霍兹线圈与电磁铁两极中间部位，使得交流磁场与直流磁场方向相互垂直；

步骤2，设置亥姆霍兹线圈发出的交流磁场为5oe，1000Hz，直流磁场发生器产生的磁场由-2500Oe到2500Oe，通过在室温下用电流放大器和锁相放大器测量磁场诱导的压电电流，得到电流响应，得出PVDF样品输出电压与直流磁场的关系；

步骤3，设置直流磁场发生器产生的磁场为1000oe，交流磁场为5oe，频率从10Hz到1470Hz变化，同样用电流放大器和锁相放大器得到电流响应，得出PVDF样品输出电压与交流磁场频率的关系；

步骤4，用传感器和激光控制器组成的激光振动计系统测试PVDF压电薄膜振动参数，验证所研究的电磁效应是一种通过机械耦合相互作用的电磁耦合现象。

本发明的有益效果是：