一种交流磁传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种交流磁传感器，包括传感器本体和施加在传感器本体上的直流磁场；所述的传感器本体包括铁磁性材料片以及通过界面的连接与铁磁性材料片复合的压电片；所述的压电片设有电压输出端。该交流磁传感器可用于探测交流磁信号，具有探测频率范围广、精度高、成本低、制作工艺简单、应用广泛的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子器件领域，具体涉及一种可探测交流磁信号的廉价的交流磁传感O
技术介绍
传感器技术已经成为制约现代化进步的一项重要技术，而传感器的发展经历了从 普通到高精度的，昂贵到大众化的一个发展过程，发展高精度、廉价、低功耗的传感器已经 成为目前传感器发展的一个大趋势。磁传感器作为传感器大类中的一种，在现代科学技术的发展中扮演着越来越重 要的作用，其可靠性和灵活性也使其应用变得越来越广泛。从类型上分，磁传感器可以 分为感应线圈型Gearch coil)、霍尔效应型(Hall effect)、磁电阻型(AMR或GMR)、 磁隧道型(MTJ 或 SDJ)、磁光型(Magneto-optical)、光泵型(Optically pumped)、磁二 极管型(Magneto-diode)、磁三极管型(Magneto-transistor)、原子磁力型(Nuclear precession)、磁通门型(Fluxgate)、磁电型(magnetoelectric)、超导量子干涉型(SQUID) 等。这些传感器都有其自身的优缺点，针对低频探测而言，最高精度的传感器目前是SQUID， 然而SQUID需要在低温下工作，且价格昂贵，很难得到普遍应用；其他探测精度比较高的磁 传感器有原子磁力型、磁通门型、磁电阻型、光泵型、磁电型磁传感器等，然而，这些类型的 磁传感器要么价格昂贵、要么制作复杂，制约了普遍应用。因而，有必要开发新的廉价高精 度的磁传感器技术。
技术实现思路
本专利技术提供了一种成本低且精度高的交流磁传感器。一种交流磁传感器，包括传感器本体和施加在传感器本体上的直流磁场；所述的传感器本体包括铁磁性材料片以及通过界面的连接与铁磁性材料片复合 的压电片；所述的压电片设有电压输出端。所述的传感器本体优选将传感器本体的一端固定，最好选择传感器本体的长度方 向的两端中的一端固定，以获得较大的磁扭矩，可以在任意空间朝向摆放；可通过夹持等作 用固定。所述的铁磁性材料片采用本领域通用的铁磁性材料片，优选相对磁导率高于10 的铁磁性材料的片状体，如可选用硅钢片、非晶片、坡莫合金片、铁片、镍片、钴片、铁钴合金 片、铁镍合金片、铁镓合金片等中的一种。所述的压电片采用本领域通用的压电材料片，优选压电系数d33或者d31在10pC/N 以上的压电片，如可选用压电陶瓷片、压电单晶片或者压电聚合物等。所述的界面的连接的方式为胶粘、共烧、物理沉积或者化学沉积中的一种。所述的 铁磁性材料片与压电片可按任意顺序连接在一起，可选用常见的如单叠片(Unimorph)、双 叠片(Bimorph)、纵-横(L-T)结构、纵-纵(L-L)结构、横-横(T-T)结构、横-纵(T-L)结构、推-拉(Push-pull)结构、多层(Multi-layer)、钹(Cymbal)结构、彩虹(rainbow)结 构、Moonie结构等中的一种。所述的直流磁场由一个磁铁、两个磁铁、一个电磁铁线圈、两个电磁铁线圈或者由 一个磁铁和一个电磁铁线圈组成的磁场发生装置提供。所述的两个磁铁、两个电磁铁线圈或者一个磁铁和一个电磁铁线圈的设置方式 为异极相对设置。所述的磁铁和/或电磁铁线圈可以粘接到传感器本体上，或者与传感器本体之间 存在空隙，优选与传感器本体之间存在空隙。所述的铁磁性材料片可为多层；所述的压电片也可为多层。所述的交流磁传感器在探测交流磁场的磁信号中的应用。所述的交流磁场与直流磁场可以为任意不平行的角度，即所述的交流磁场与直流 磁场的夹角大于0°小于180° ；优选为交流磁场与直流磁场互相垂直，即交流磁场与直流 磁场的夹角为90°，以获得最大的磁扭矩，从而获得最大的传感器输出电压。本专利技术交流磁传感器工作原理如下1、施加在传感器本体上的直流磁场会在传感器本体的铁磁性材料片中产生一种 较大的直流磁矩Md。，这种直流磁矩Md。与所探测的交流磁信号Ha。作用时，根据经典电动力 学的原理将在铁磁性材料片中产生一种交流磁扭矩τ a。。2、交流磁扭矩τ ac通过铁磁性材料片与压电片的界面作用把力传递给压电片，从 而使得压电片产生一种包含有与交流磁信号Ha。相同频率和与交流磁信号Ha。大小相关的电 压输出，从而通过输出电压信号来读出所探测的交流磁信号Ha。的大小和频率。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点本专利技术交流磁传感器结构简单，只需要一个外加的直流磁场和包括铁磁性材料片 以及通过界面的连接与铁磁性材料片复合的压电片的传感器本体即可构成磁传感器。本专利技术交流磁传感器所需的材料磁铁和/或电磁铁线圈、铁磁性材料片和压电 片总成本不超过5元人民币，成本低廉。本专利技术交流磁传感器精度高，一般可获得InT以下的交流磁场探测精度，特别是 在谐振区附近，探测精度轻易达到PT的量级，应用范围广泛。本专利技术交流磁传感器原理不同于现有的磁传感器，为磁传感器的发展提供了一个 全新的理念，将对我国磁传感器的发展起到积极的推动作用。另外，由于本专利技术磁传感器的 制作工艺简单，也比较容易实现工业化生产。附图说明图1为本专利技术交流磁传感器的一种结构示意图；图2为本专利技术交流磁传感器的一种结构示意图；图3为本专利技术交流磁传感器的一种结构示意图；图4为本专利技术交流磁传感器的一种结构示意图；图5为本专利技术交流磁传感器的一种结构示意图；图6为本专利技术交流磁传感器的一种结构示意图；图7为本专利技术交流磁传感器的一种结构示意图8为本专利技术交流磁传感器的一种结构示意图；图9为本专利技术交流磁传感器的一种结构示意图；图10为本专利技术交流磁传感器的一种结构示意图。具体实施例方式以下叙述中的所指的厚度面指与厚度方向垂直的平面。实施例1如图1所示，本专利技术交流磁传感器包括一端通过夹持作用固定的传感器本体以及 一个与传感器本体之间存在空隙的用于产生直流磁场的磁铁3 ；传感器本体包括铁磁性材 料片2以及通过502胶水与铁磁性材料片2胶粘的压电片1，磁性材料片2和压电片1以单 叠片结构连接在一起；压电片1的极化方向P为其厚度方向，且厚度面上有输出电极，作为 压电片1的电压输出端Vo ；磁铁3的N极靠近铁磁性材料片2且磁铁3的磁化方向M垂直 于铁磁性材料片2所在的厚度面。铁磁性材料片2为一片普通的硅钢片，尺寸为Q8X4X0. 3)mm3(长X宽X高)； 压电片1为一片普通的型号为PZT5的压电陶瓷片，尺寸为(30X4X0. 3)mm3(长X宽X 高)；磁铁3为钕铁硼(NdFeB)磁体，型号为N42。本专利技术交流磁传感器具体工作时将所需要检测的交流磁场磁信号Hac施加到传感器本体的长度方向上，使交流磁 场磁信号Hac与磁铁3施加的直流磁场H互相垂直，即交流磁场磁信号Hac与直流磁场H 的夹角为90°，以获得最大的磁扭矩，从而获得最大的传感器输出电压。磁铁3的直流磁场在铁磁性材料片2中产生较大的直流磁矩Md。，这种直流磁矩Md。 与所探测的交流磁场磁信号Ha。作用时，根据经典电动力学的原理将在铁磁性材料片2中产 生一种交流磁扭矩Ta。，使铁磁性材料片2发生弯曲，交流磁扭矩^。通过铁磁性材料片2 与压电片1的界面作用把力传递给压电片1带动压电片1弯曲，从而使得压电片1产生一 种包含有与交流磁场磁信号Ha。相同频率和与交流磁场磁信号Ha。大小相关的电压，该电压 通过压电片1的电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种交流磁传感器，其特征在于，所述的交流磁传感器包括传感器本体和施加在传感器本体上的直流磁场；所述的传感器本体包括铁磁性材料片以及通过界面的连接与铁磁性材料片复合的压电片；所述的压电片设有电压输出端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邢增平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：97