一种鱼尾形磁电传感器制造技术

本实用新型专利技术提出一种鱼尾形磁电传感器，该磁电传感器包括两个柔性电极和压电相，所述压电相的上下两侧分别设置有两个柔性电极，两个柔性电极外侧分别设置有两个鱼尾形压磁相，所述鱼尾形压磁相包括中间细杆和位于其两端的呈鱼尾状结构。解决了现有技术的2

【技术实现步骤摘要】
一种鱼尾形磁电传感器


[0001]本技术涉及一种鱼尾形磁电传感器，属于磁电传感器


技术介绍

[0002]现有的磁电传感器进行磁性目标检测主要是基于磁致伸缩相和压电相的应力传递。磁致伸缩相受磁性目标的磁场作用产生应变，将应力传递给与之相连的压电相使压电相电极化，产生极化电压。
[0003]现有的磁电传感器有三个明显缺点：一是现有的2
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1型磁传感器为了提高磁电耦合系数，增加了压电相的数量，提高了传感器的制造成本，不利于进行磁电传感器批量生产和部署；二是现有的2
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1型磁电传感器谐振耦合系数较低，利用谐振频率进行主动调制的探测效果较差；三是现有的1
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1型磁电传感器低频耦合系数较低，难以进行低频弱磁目标的被动探测。但是2
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1型和1
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1型磁电传感器都具有其各自优势。2
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1型磁电传感器的主要优势为低频下磁电耦合系数大，探测精度高；1
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1型磁电传感器的优势为：i)压磁相中间位置具有增强的磁通聚集效果，提高了磁电耦合系数；ii)一阶振动模态有较高的谐振耦合性能。在此背景下，本技术综合考虑2
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1型和1
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1型磁电传感器的优势和不足，进行压磁相的几何形状和尺寸优化，实现了磁电传感器的低成本制备和低频磁电耦合系数的提高。

技术实现思路

[0004]本技术为了解决上述
技术介绍
中提到的现有技术的磁电传感器的缺点，提出一种磁电传感器的几何优化思路，设计出一种鱼尾形磁电传感器，可以广泛地应用于磁性目标的探测、定位领域，包括水下或空气域中探雷、磁性金属探测、航道测量、海底地质测量等方面。
[0005]本技术提出一种鱼尾形磁电传感器，包括两个鱼尾形压磁相、两个柔性电极和压电相，所述压电相的上下两侧分别设置有两个柔性电极，两个柔性电极外侧分别设置有两个鱼尾形压磁相，所述鱼尾形压磁相包括中间细杆和位于其两端的呈鱼尾状结构。
[0006]优选地，鱼尾型结构由指数函数y＝a
x
表示，直角坐标系是以压磁相长度方向的中心线为x轴，最左侧的竖直边为y轴构建的。
[0007]优选地，所述中间细杆的宽度为2w1，中间细杆长度为2l1，稳态下最佳尺寸为a＝0.45cm，x＝3cm，l1＝4cm，w1＝0.075cm。
[0008]优选地，谐振态下最佳尺寸为a＝0.8cm，x＝3cm，l1＝4cm，w1＝0.075cm。
[0009]优选地，鱼尾型结构由幂函数y＝x
n
表示，直角坐标系是以压磁相长度方向的中心线为x轴，最左侧的竖直边为y轴构建的。
[0010]优选地，鱼尾型结构由对数函数y＝lnx表示，直角坐标系是以压磁相长度方向的中心线为x轴，最左侧的竖直边为y轴构建的。
[0011]本技术所述的鱼尾形磁电传感器的有益效果为：
[0012]1.本技术采用鱼尾型压磁相设计，两端的聚磁效应能够提高低频磁电耦合系
数，增强磁电传感器对低频磁性目标的探测能力；
[0013]2.该结构设计保留了1
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1型磁电传感器中一阶纵振模态的匹配特点，实现了谐振磁电耦合系数的增强。
附图说明
[0014]构成本申请的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
[0015]在附图中：
[0016]图1为本技术所述的一种鱼尾形磁电传感器的压磁相结构示意图和局部放大部分；
[0017]其中2w1为中间细杆的宽度，2l1为中间细杆长度，C1B1区域用指数函数表示为y＝a
x
。
[0018]图2为本技术所述的一种鱼尾形磁电传感器的分解图；
[0019]其中，1
‑
鱼尾形压磁相，2
‑
柔性电极，3
‑
压电相。
[0020]图3为鱼尾型尺寸的优化过程，使用无梯度的COBYLA优化求解器进行尺寸优化求解过程，纵轴表示随着迭代的进行压电相位置的点应力积分。
[0021]图4为优化后得到的稳态下压磁相最佳尺寸。
[0022]图5为优化后得到的谐振态下压磁相最佳尺寸。
具体实施方式
[0023]以下结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细的说明：
[0024]具体实施方式一：参见图1
‑
5说明本实施方式。本实施方式所述的鱼尾形磁电传感器，包括两个鱼尾形压磁相1、两个柔性电极2和压电相3，所述压电相3的上下两侧分别设置有两个柔性电极2，两个柔性电极2外侧分别设置有两个鱼尾形压磁相1，所述鱼尾形压磁相1包括中间细杆和位于其两端的呈鱼尾状结构。
[0025]磁致伸缩材料切割成鱼尾状结构，制备成多层的压磁结构(优选地，层数选择为5层)，通过环氧树脂系胶结剂与柔性电极2粘合，柔性电极2与压电相3粘贴在一起用来导出极化电荷。
[0026]所述的鱼尾形磁电传感器的装配图如图2所示，磁性目标产生磁场引发鱼尾形压磁相2发生形变，从而对压电相产生应力，最后基于压电效应得到电荷输出。
[0027]鱼尾型结构的磁致伸缩材料可以增强磁通聚集效应，使得压电相位置处的磁场更强，产生更大的极化电压，同时兼顾1
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1型结构的高谐振系数的优点。此设计的关键指标有两相：一是形状优化，二是结构的尺寸优化。
[0028]所述鱼尾形压磁相1中间B1B2区域的宽度为2w1，长度为2l1，C1B1区域的形状使用函数进行定量优化，可选函数包括幂函数指数函数、对数函数等，C1B1的长度为x。建立如图1所示的直角坐标系，其中O为原点，压磁相长度方向的中心线为x轴，最左侧的竖直边为y轴。鱼尾型结构由指数函数y＝a
x
表示，或者由幂函数y＝x
n
表示，或者由对数函数y＝lnx表示。
[0029]利用comsol进行尺寸优化的仿真。优化过程的目标函数是A1A2区间(压电相位置)的应力积分最大，优化参数为C1B1的长度，C1B1的几何形状，B1B2的长度，尺寸单位为厘米，约
束条件为压磁相总长度不超过设定尺寸，使用的优化求解器为无梯度求解器。在保证约束条件的情况下，通过调整优化参数改变压磁相的形状和尺寸，使得优化求解器得到目标函数的最大值。
[0030]对鱼尾型结构进行参数优化的仿真。参数优化中自变量为图1中的a，x，l1和w1，目标函数为压电相位置的应力积分，使用无梯度的COBYLA优化求解器进行求解，得到优化后的最佳尺寸。
[0031]使用幂函数表示C1B1区域的形状，以压磁相长度方向的中心线为x轴，最左侧的竖直边为y轴，O为原心，构建直角坐标系。用x表示C1B1区域的长度，用2l1表示B1B2区域的长度，用2w1表示B1B2区域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种鱼尾形磁电传感器，其特征在于，包括两个鱼尾形压磁相(1)、两个柔性电极(2)和压电相(3)，所述压电相(3)的上下两侧分别设置有两个柔性电极(2)，两个柔性电极(2)外侧分别设置有两个鱼尾形压磁相(1)，所述鱼尾形压磁相(1)包括中间细杆和位于其两端的呈鱼尾状结构。2.根据权利要求1所述的鱼尾形磁电传感器，其特征在于，鱼尾型结构由指数函数y＝a
x
表示，直角坐标系是以压磁相长度方向的中心线为x轴，最左侧的竖直边为y轴构建的。3.根据权利要求2所述的鱼尾形磁电传感器，其特征在于，所述中间细杆的宽度为2w1，中间细杆长度为2l1，稳态下...

【专利技术属性】
技术研发人员：储昭强，沈莹，高俊奇，宋兆丰，
申请(专利权)人：青岛海月辉科技有限公司，
类型：新型
国别省市：