本发明专利技术公开了一种多层磁电传感器及其制备方法，所述磁电传感器由n+1层磁致伸缩层和n层压电层交替堆叠而成；其中，n为大于等于2的自然数。本发明专利技术采用多层磁致伸缩层和压电层作为磁电传感器主体，通过磁致伸缩层与压电层相互交替堆叠形成层叠式结构，其解决现有的磁电传感器普遍存在宽线性范围与高灵敏度不能同时兼顾的问题，实现大电流的高精度测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁电传感器领域，具体涉及一种多层磁电传感器及其制备方法。
技术介绍
1、基于磁-机-电耦合效应的电流传感方法一直都备受关注，由磁致伸缩材料和压电材料组成的层状复合磁电传感器有着高灵敏度的优势，其灵敏度对直流偏置磁场具有很大的依赖性。一般情况下，磁电复合材料的磁电系数会随着施加的直流偏置磁场的增加而上升，当磁电系数上升到最大值后，继续增加偏置磁场反而会使得磁电系数下降。基于磁电材料的电流传感器通过在磁路中嵌入永磁体来为磁电材料提供直流偏置磁场，进而提高磁电电流传感器的灵敏度。但该方式会引入永磁体安装后难以调整偏置磁场大小等一系列问题。
2、现有的磁电传感器与其他测量原理的电流传感器相比，虽然灵敏度较高，但目前磁电传感器依然存在线性范围窄、偏置磁场不可调等的劣势，尤其在大电流非接触测量领域中需要监测电流产生的大磁场时，有限的线性范围限制了其应用。因此，需要在保证磁电传感器高灵敏度的同时提升其线性范围，实现大电流的高精度测量。
技术实现思路
1、因此，本专利技术要解决的技术问题在于现有磁电传感器线性难以在保证磁电传感器高灵敏度的同时提升其线性范围问题，从而提供一种多层磁电传感器及其制备方法。
2、为此，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术提供一种多层磁电传感器，所述磁电传感器由n+1层磁致伸缩层和n层压电层交替堆叠而成；其中，n为大于等于2的自然数。工作模态为一阶d33纵振模态，具体为磁致伸缩层沿其长度方向伸长或缩短。
>4、进一步地，所述磁致伸缩层厚度为100～400μm；所述压电层厚度为200～500μm。5、所述磁致伸缩层由2层或2层以上的磁致伸缩材料组成，所述磁致伸缩材料包括金属玻璃(metglas)、fe-ga合金、铽镝铁合金(terfernol-d合金)、fe-ni合金中的一种。
6、所述压电层包括压电纤维和设置在压电纤维上下两侧的柔性叉指电极。所以压电纤维优选厚度极化并标明正负极的压电纤维，所述压电纤维的材料为压电陶瓷、压电单晶或压电聚合物中的一种，包括pvdf、pvdf-trfe、linbo3、batio3、pb(zr,ti)o3、pb(mg,nb)o3-pbtio3、pb(zn,nb)o3-pbtio3或bisco3-pbtio3中的一种。
7、本专利技术还提供上述多层磁电传感器的制备方法，包括如下步骤：
8、s1：制备磁致伸缩层；
9、s2：制备压电层；
10、s3：将n+1层磁致伸缩层和n层压电层交替堆叠，在粘接面涂覆环氧树脂胶后固定，固化后得到所述多层磁电传感器。
11、进一步地，具体制备方法如下：
12、步骤s1中，磁致伸缩层的制备方法为，将磁致伸缩材料贴合后固化，所述贴合包括使用环氧树脂胶贴合、键合或热熔中的一种。
13、步骤s2中，压电层的制备方法为，将压电纤维和柔性叉指电极使用环氧树脂胶贴合后固化，极化后得到所述压电层。
14、所述极化为在硅油中使用1400v直流电压处理15min。所述极化为柔性叉指电极长度方向极化。
15、在压电纤维和柔性叉指电极贴合前还包括清洗压电纤维并烘干的步骤。
16、本专利技术技术方案，具有如下优点：
17、(1)本专利技术采用多层磁致伸缩层和压电层作为磁电传感器主体，通过磁致伸缩层与压电层相互交替堆叠形成层叠式结构。由于采用的磁致伸缩材料具有高磁导率，随着磁电传感器中磁致伸缩层数的增加，外层磁致伸缩材料对内层磁致伸缩材料形成一种屏蔽作用，该磁电传感器需要的最佳偏置也随之增大。除此之外，磁通聚集效应与其几何形状有关，材料越细长，磁通聚集效应越强，该磁电传感器中磁致伸缩层数的增加导致其几何形状发生变化，磁通聚集效应减弱，同时最佳偏置增大，线性范围也相应增大。该传感器工作于一阶纵振模态，通过增加层数提高直流偏置，从而解决现有的磁电传感器普遍存在宽线性范围与高灵敏度不能同时兼顾的问题，实现大电流的高精度测量。
18、(3)本专利技术首次进行磁电传感器多层结构设计，通过设计几何结构，采用磁致伸缩层和压电层层叠式结构，在保证磁电传感器较高灵敏度的同时，相较于以往磁电传感器动态测量范围提高到了最大可达八个量级。其采用多层串联结构，一方面可以利用外层磁致伸缩材料对内层磁致伸缩材料的屏蔽作用，削弱磁电复合材料的磁通聚集效应，提高其偏置磁场，从而提高线性范围；另一方面提高降低复合材料的电容，从而控制传感器本征噪声在一个低的水平。
19、(3)本专利技术实用多层磁致伸缩材料构成磁致伸缩层，避免单层材料所产生的驱动力不足以产生强的电信号输出，多层复合的磁致伸缩材料可以增强磁电材料的耦合性能，同时保证其灵敏度。
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【技术保护点】
1.一种多层磁电传感器，其特征在于，所述磁电传感器由n+1层磁致伸缩层和n层压电层交替堆叠而成；其中，n为大于等于2的自然数。
2.根据权利要求1所述的磁电传感器，其特征在于，所述磁致伸缩层厚度为100～400μm；所述压电层厚度为200～500μm。
3.根据权利要求1或2所述的磁电传感器，其特征在于，所述磁致伸缩层由2层或2层以上的磁致伸缩材料组成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的磁电传感器，其特征在于，所述压电层包括压电纤维和设置在压电纤维上下两侧的柔性叉指电极。
5.根据权利要求1-4任一项所述的多层磁电传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5的制备方法，其特征在于，步骤S1中，磁致伸缩层的制备方法为，将磁致伸缩材料贴合后固化，所述贴合包括使用环氧树脂胶贴合、键合或热熔中的一种。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，压电层的制备方法为，将压电纤维和柔性叉指电极使用环氧树脂胶贴合后固化，极化后得到所述压电层。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述极化为在硅油中使用1400V直流电压处理15min。
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【技术特征摘要】
1.一种多层磁电传感器，其特征在于，所述磁电传感器由n+1层磁致伸缩层和n层压电层交替堆叠而成；其中，n为大于等于2的自然数。
2.根据权利要求1所述的磁电传感器，其特征在于，所述磁致伸缩层厚度为100～400μm；所述压电层厚度为200～500μm。
3.根据权利要求1或2所述的磁电传感器，其特征在于，所述磁致伸缩层由2层或2层以上的磁致伸缩材料组成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的磁电传感器，其特征在于，所述压电层包括压电纤维和设置在压电纤维上下两侧的柔性叉指电极。
5.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁先锋，李妮妮，张亚蒙，郭经红，鞠登峰，陆阳，黄辉，王冠鹰，王志良，
申请(专利权)人：国网智能电网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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