CN101609131A - 磁致伸缩材料、高磁导率材料和石英音叉复合磁传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁致伸缩材料、高磁导率材料和石英音叉复合磁传感器，它的结构为：石英音叉固定在微动台上，微动台固定在PZT压电微位移器上，PZT压电微位移器固定在“L”型基座的竖直臂内侧；支架固定在磁致伸缩材料块上，磁致伸缩材料块固定在“L”型基座的横向臂上；支架上设置有磁性材料片，石英音叉的其中一振动臂上靠近支架那侧的平面上设置有磁性材料片，支架上的磁性材料片和振动臂上的磁性材料片平面平行且正面相对、尺寸匹配。本发明的有益技术效果是：提供了一种磁电转化系数更高，灵敏度也相对更高的复合结构磁传感器。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁传感技术，尤其涉及一种磁致伸缩材料、高磁导率材料和石英音叉复合磁传感器。
背景技术
在上世纪末，人们就开始磁致伸缩材料和压电材料的复合叠层结构研究，该复合结构无需电源激励，体积小，是一种非常有潜力的磁测量器。如美国专利US patent 20010028245A1提出用磁致伸缩材料和铁电材料结合的磁电复合结构，还研究了一种用压电电阻材料和磁致伸缩材料的复合结构，给该结构中压电电阻两端输入恒定电流，由于在磁场中压电材料受到作用产生形变，改变了与之复合的压电电阻材料的电阻，通过观测比较压电电阻材料的输出电压，就可以估算外部磁场大小。美国专利US patent 20020135364A1提出了一种磁阻抗传感器的测量方法，该传感器在通电的时候产生偏置磁场，同时磁致伸缩产生应力，在不同应力和磁场情况下，传感单元的阻抗变化不同，通过对阻抗变化的测量，可以进行磁场的测量。但由于采用磁致伸缩材料和压电/铁电材料的特性限制，相应的磁灵敏度也较低。
磁致伸缩材料和压电材料层合复合结构的磁电系数与其品质因数成正比，而无论是磁致伸缩材料还是压电材料的品质因数都比较低(100左右)，为此，提高复合结构的品质因数是提高磁电转化系数的有效途径。
发明内容
本发明提出了一种磁致伸缩材料、高磁导率材料和石英音叉复合磁传感器，它包括：石英音叉、“L”型基座、PZT压电微位移器、微动台、磁致伸缩材料块、支架、磁性材料片；石英音叉固定在微动台上，微动台固定在PZT压电微位移器上，PZT压电微位移器固定在“L”型基座的竖直臂内侧；支架固定在磁致伸缩材料块上，磁致伸缩材料块固定在“L”型基座的横向臂上；支架上设置有磁性材料片，石英音叉的其中一振动臂上靠近支架那侧的平面上设置有磁性材料片，支架上的磁性材料片和振动臂上的磁性材料片平面平行且正面相对、尺寸匹配。
本发明的有益技术效果是：提供了一种磁电转化系数更高，灵敏度也相对更高的复合结构磁传感器。
附图说明
图1，本发明结构；
具体实施方式
如何才能提高复合结构的品质因数？发明人将目光投向了石英材料：用石英材料制成的石英音叉1，具有极高的品质因数，密封石英音叉1的品质因数可达到几十万以上，即使是裸露在空气中的石英音叉1，其品质因数也有一万左右。因此，将石英音叉1与磁致伸缩材料复合结构结合，就能够提高磁电系数，从而提高复合结构磁传感器的灵敏度。
基于前述的理论分析，并针对实际应用中的具体问题，发明人提出了本发明的结构，本发明除了将石英音叉1引入传感器结构外，还将传感器各个器件间的位置和连接部件设计得十分精密，使得石英音叉1的振动参数会跟随外界磁场的变化自动改变，这种设计使得传感器的灵敏度进一步提高。
下面通过其结构上的特点来阐述其原理：
“L”型基座2的横向臂通过磁致伸缩材料块5和支架6与磁性材料片7相连，支架6的设置位置和形状、尺寸可以人为调整，调整的原则是：使支架6上的磁性材料片7与石英音叉1上的磁性材料片7正面相对，这种结构使得：当外界磁场改变时，磁致伸缩材料块5带动支架6改变两磁性材料片7的间距，从而改变两磁性材料片7相互作用力大小，能够明显的改变石英音叉1的谐振频率、幅度和品质因数，使得石英音叉1对外界磁场的变化更加敏感。
石英音叉1通过微动台4和PZT(压电陶瓷)压电微位移器3与“L”型基座2的竖直臂内侧相连，PZT压电微位移器3是将石英音叉1感知到的磁场变化转换成电输出的“机-电”转换部分，由于外界磁场的变化，引起磁致伸缩材料块5长度发生变化，磁致伸缩材料块5带动支架6，从而改变支架6与石英音叉1上的两磁性材料片7之间的间距，使它们之间的作用力发生变化，石英音叉1的谐振频率、幅度和品质因数也发生变化，通过检测石英音叉1的电输出，能够测得谐振频率、幅度和品质因数的变化值，即可实现传感的目的。
值得说明的是，石英音叉1与“L”型基座2的相对位置可以有多种形式，且磁性材料片7在石英音叉1上的位置也可有多种选择，其最终目的是为了使支架6上的磁性材料片7与石英音叉1上的磁性材料片7正面相对(便于施加作用力)，比如：石英音叉1的两个振动臂可以沿“L”型基座2的横向臂顺次排列；也可以使两个振动臂沿“L”型基座2的横向臂并列；还可以将石英音叉1平置，通过微动台4和PZT压电微位移器3在“L”型基座2的竖向臂上形成悬臂；针对前述的三种石英音叉1与“L”型基座2的相对位置，石英音叉1上的磁性材料片7就可以分别设置在音叉上其中一个振动臂的外侧、振动臂上音叉“U”型面一侧、振动臂的端面，具体设置方式可以根据传感器尺寸、外型等条件具体设计。
实施例：
参见图1，以石英音叉1的两个振动臂延“L”型基座2的横向臂顺次排列的设置方式为例，石英音叉1固定在微动台4上，微动台4一端固定在PZT压电微位移器3一侧，PZT压电微位移器3的另一侧固定在“L”型基座2的竖直臂内侧；支架6固定在磁致伸缩材料块5一端，磁致伸缩材料块5的另一端固定在“L”型基座2的横向臂外端；支架6上端与音叉上的磁性材料片7相匹配的位置设置有磁性材料片7，石英音叉1的其中一振动臂上靠近支架6那侧的平面上设置有磁性材料片7，支架6上的磁性材料片7和振动臂上的磁性材料片7平面平行且正面相对、尺寸匹配。
如果采用两个振动臂延“L”型基座2的横向臂并列的石英音叉1设置方式，它与前一文段描述的结构的不同之处在于：石英音叉1的两个振动臂延“L”型基座2横向臂的延伸方向并列，此时，可以任选一振动臂，并在该振动臂上音叉的“U”型面那一侧设置磁性材料片7，并调整支架6和磁致伸缩材料块5之间的相对位置，使支架6上的磁性材料片7和振动臂上的磁性材料片7平面平行且正面相对、尺寸匹配。
如果采用石英音叉1平置的设置方式，它与前两种机构的不同之处在于，将磁性材料片7设置在任一振动臂的端头(即端面)，并按磁性材料片7面面相对的条件调整支架6和磁致伸缩材料块5之间的相对位置。
Claims (1)
1、一种磁致伸缩材料、高磁导率材料和石英音叉复合磁传感器，其特征在于：它包括：石英音叉(1)、“L”型基座(2)、PZT压电微位移器(3)、微动台(4)、磁致伸缩材料块(5)、支架(6)、磁性材料片(7)；石英音叉(1)固定在微动台(4)上，微动台(4)固定在PZT压电微位移器(3)上，PZT压电微位移器(3)固定在“L”型基座(2)的竖直臂内侧；支架(6)固定在磁致伸缩材料块(5)上，磁致伸缩材料块(5)固定在“L”型基座(2)的横向臂上；支架(6)上设置有磁性材料片(7)，石英音叉(1)的其中一振动臂上靠近支架(6)那侧的平面上设置有磁性材料片(7)，支架(6)上的磁性材料片(7)和振动臂上的磁性材料片(7)平面平行且正面相对、尺寸匹配。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN108205118A (zh) * | 2016-12-19 | 2018-06-26 | 南京理工大学 | 一种谐振型磁传感器敏感单元及数字频率输出磁传感器 |
| CN109444770A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-03-08 | 南京理工大学 | 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 |
| CN111028734A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-17 | 季志刚 | 一种自清洁式展示型牌匾 |
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|---|---|---|---|---|
| CN108205118A (zh) * | 2016-12-19 | 2018-06-26 | 南京理工大学 | 一种谐振型磁传感器敏感单元及数字频率输出磁传感器 |
| CN109444770A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-03-08 | 南京理工大学 | 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 |
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