【技术实现步骤摘要】
本申请涉及传感器，特别是涉及一种基于磁电传感元件的电流传感器模组及其制造方法。
技术介绍
1、随着现代科学技术的发展，工业生产、电网监测、科学研究甚至国防军工等诸多领域对于准确测量高频电流存在着巨大的需求。尤其是在电力输配系统中，电缆作为其重要组成部分，准确、实时、有效地检测局部放电对于电网的安全运行和减少停电事故的发生都存在着重大意义。
2、对于高频电流检测，行业中常用的电流传感器包括电流互感器、罗氏线圈和隧穿磁阻(tmr)电流传感器等。然而，上述电流传感器在mhz级别的高频电流测量中灵敏度偏低且稳定性不高。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高高频电流检测灵敏度和稳定性的基于磁电传感元件的电流传感器模组及其制造方法。
2、第一方面，本申请提供了一种磁电传感元件。该磁电传感元件包括基板，形成于基板上的第一压电单元和第二压电单元，以及磁致伸缩单元，第一压电单元和第二压电单元对称分布在磁致伸缩单元下方，其中：
3、该磁致伸缩单元沿长度方向磁化，用于根据磁场进行机械伸缩，产生作用于第一压电单元和第二压电单元的机械力；
4、该第一压电单元和该第二压电单元受到机械力后产生厚度剪切振动，并分别输出与厚度剪切振动对应的第一电压信号和第二电压信号，该第一电压信号和该第二电压信号用于确定目标电压信号。
5、在其中一个实施例中，第一压电单元包括第一导电层、第二导电层以及层夹于第一导电层和第二导电层之间的第一压电
6、第二压电单元包括第三导电层、第四导电层以及层夹于第三导电层和第四导电层之间的第二压电层，以使根据第三导电层和第四导电层输出的电压信号确定第二电压信号。
7、在其中一个实施例中，第一压电层和第二压电层均为预先沿长度方向极化的压电层，且第一压电层和第二压电层的极化方向相反。
8、在其中一个实施例中，第一压电层和第二压电层的材料包括氮化铝、石英、锂钽酸铌、钛酸钡、氧化锌、锆钛酸铅、pb(mg,nb)o3-pbtio3、pb(zn,nb)o3-pbtio3、pb(ni,nb)o3-pb(zr,ti)o3以及bisco3-pbtio3中的至少一种。
9、在其中一个实施例中，第一导电层、第二导电层、第三导电层和第四导电层均采用柔性电极。
10、在其中一个实施例中，柔性电极的基底材料包括苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚氯乙烯以及聚丙烯中的至少一种，柔性电极的导电材料包括au、ag、al、cu、pt或ni中的至少一种。
11、在其中一个实施例中，磁致伸缩单元包括多层磁致伸缩材料，磁致伸缩材料包括metglas、镍锰镓合金、镍铁氧化物、铽镝铁以及钴铁氧化物中至少一种。
12、在其中一个实施例中，该基板的材料包括黄铜、紫铜、磷青铜、铝合金、钛合金、玻璃以及陶瓷中的至少一种。
13、第二方面，本申请还提供了一种磁电传感元件的制造方法。该方法包括：
14、提供一基板；
15、在基板上沉积第一压电单元和第二压电单元；
16、以及，在第一压电单元和第二压电单元上沉积磁致伸缩单元，第一压电单元和第二压电单元对称分布在磁致伸缩单元下方；
17、其中，磁致伸缩单元在沿长度方向磁化时，用于根据磁场进行机械伸缩，产生作用于第一压电单元和第二压电单元的机械力，第一压电单元和第二压电单元受到机械力后产生厚度剪切振动，并分别输出与厚度剪切振动对应的第一电压信号和第二电压信号，第一电压信号和第二电压信号用于确定目标电压信号。
18、第三方面，本申请还提供了一种基于磁电传感元件的电流传感器模组。该电流传感器模组包括本申请第一方面提供的磁电传感元件和聚磁环，该磁电传感元件设置在聚磁环的开口处，其中：
19、聚磁环，用于聚集待测电流产生初始磁场，并在聚磁环的开口处形成平行磁场，平行磁场用于使磁致伸缩单元沿长度方向磁化。
20、第四方面，本申请还提供了一种基于磁电传感元件的电流传感器模组的制造方法，该方法包括：
21、提供一具有开口的聚磁环；
22、将本申请第一方面提供的磁电传感元件固定于该聚磁环的开口处，得到电流传感器模组，其中，该磁电传感元件的长度方向与该聚磁环的开口处形成的磁场方向平行。
23、上述基于磁电传感元件的电流传感器模组及其制造方法，高频电流可以通过穿心导线的方式穿过电流传感器模组的聚磁环的中心位置，根据法拉第电磁感应定律，穿心导线周围产生环形磁场，经过聚磁环聚集在开口处可看作平行磁场。再依据磁电耦合效应，磁电传感元件的磁致伸缩单元沿磁场方向磁化，随聚磁环开口处高频磁场信号产生同频率的机械伸缩，从而带动紧贴于其上的第一压电单元和第二压电单元产生厚度剪切振动，在引出的电极上输出同频率的电压信号，完成电流-磁场-电压的非接触式传感检测。本申请的电流传感器模组为一种基于磁电传感元件的非接触式电流传感器模组，利用磁致伸缩-压电耦合效应，在基板上固定住第一压电层和第二压电层的下表面，在高频交变磁场中，第一压电层和第二压电层上表面受到磁致伸缩单元机械伸缩的应力而产生厚度剪切应变，从而输出电压信号。工作在d15厚度剪切模式下的电流传感器模组，能够在mhz频段中拥有极高的谐振输出电压，从而提升mhz电流信号的测量信噪比；利用两片性能相同的压电材料串联后作差分输出，进一步提高测量灵敏度的同时能够获得稳定的输出信号；本专利技术作为高灵敏度输出的无源传感器，能够探测低至10ua以下的mhz高频微弱电流，并且仅需设计简单的放大滤波电路即可实现行业标准化输出。在mhz高频电流测量领域，本专利技术具有高灵敏度、高稳定性、无源、后端专用信号调理电路简单等优点，有望替代罗氏线圈等主流传感器。
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1.一种磁电传感元件，其特征在于，包括基板，形成于所述基板上的第一压电单元和第二压电单元，以及磁致伸缩单元，所述第一压电单元和所述第二压电单元对称分布在所述磁致伸缩单元下方，其中：
2.根据权利要求1所述的磁电传感元件，其特征在于，所述第一压电单元包括第一导电层、第二导电层以及层夹于所述第一导电层和所述第二导电层之间的第一压电层，以使根据所述第一导电层和所述第二导电层输出的电压信号确定所述第一电压信号；
3.根据权利要求2所述的磁电传感元件，其特征在于，所述第一压电层和所述第二压电层均为预先沿长度方向极化的压电层，且所述第一压电层和所述第二压电层的极化方向相反。
4.根据权利要求2所述的磁电传感元件，其特征在于，所述第一压电层和所述第二压电层的材料包括氮化铝、石英、锂钽酸铌、钛酸钡、氧化锌、锆钛酸铅、Pb(Mg,Nb)O3-PbTiO3、Pb(Zn,Nb)O3-PbTiO3、Pb(Ni,Nb)O3-Pb(Zr,Ti)O3以及BiScO3-PbTiO3中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的磁电传感元件，其特征在于，所述第一导电层、所
6.根据权利要求5所述的磁电传感元件，其特征在于，所述柔性电极的基底材料包括苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚氯乙烯以及聚丙烯中的至少一种，所述柔性电极的导电材料包括Au、Ag、Al、Cu、Pt或Ni中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的磁电传感元件，其特征在于，所述磁致伸缩单元包括多层磁致伸缩材料，所述磁致伸缩材料包括Metglas、镍锰镓合金、镍铁氧化物、铽镝铁以及钴铁氧化物中至少一种。
8.一种磁电传感元件的制造方法，其特征在于，包括：
9.一种基于磁电传感元件的电流传感器模组，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项所述的磁电传感元件和聚磁环，所述磁电传感元件设置在所述聚磁环的开口处，其中：
10.一种基于磁电传感元件的电流传感器模组的制造方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种磁电传感元件，其特征在于，包括基板，形成于所述基板上的第一压电单元和第二压电单元，以及磁致伸缩单元，所述第一压电单元和所述第二压电单元对称分布在所述磁致伸缩单元下方，其中：
2.根据权利要求1所述的磁电传感元件，其特征在于，所述第一压电单元包括第一导电层、第二导电层以及层夹于所述第一导电层和所述第二导电层之间的第一压电层，以使根据所述第一导电层和所述第二导电层输出的电压信号确定所述第一电压信号；
3.根据权利要求2所述的磁电传感元件，其特征在于，所述第一压电层和所述第二压电层均为预先沿长度方向极化的压电层，且所述第一压电层和所述第二压电层的极化方向相反。
4.根据权利要求2所述的磁电传感元件，其特征在于，所述第一压电层和所述第二压电层的材料包括氮化铝、石英、锂钽酸铌、钛酸钡、氧化锌、锆钛酸铅、pb(mg,nb)o3-pbtio3、pb(zn,nb)o3-pbtio3、pb(ni,nb)o3-pb(zr,ti)o3以及bisco3-pbtio3中的至...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘仲，徐振恒，林跃欢，谭则杰，刘胜荣，
申请(专利权)人：南方电网数字电网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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