CN103454596B - 一种交变磁场感应装置 - Google Patents

一种交变磁场感应装置 Download PDF

Info

Publication number
CN103454596B
CN103454596B CN201210180272.5A CN201210180272A CN103454596B CN 103454596 B CN103454596 B CN 103454596B CN 201210180272 A CN201210180272 A CN 201210180272A CN 103454596 B CN103454596 B CN 103454596B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic field
magnet
alternating magnetic
power electricity
modular converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210180272.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103454596A (zh
Inventor
黄臻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nationz Technologies Inc
Original Assignee
Nationz Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nationz Technologies Inc filed Critical Nationz Technologies Inc
Priority to CN201210180272.5A priority Critical patent/CN103454596B/zh
Priority to JP2015515374A priority patent/JP6042978B2/ja
Priority to PCT/CN2013/074230 priority patent/WO2013181970A1/zh
Priority to US14/405,591 priority patent/US9606192B2/en
Publication of CN103454596A publication Critical patent/CN103454596A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103454596B publication Critical patent/CN103454596B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/028—Electrodynamic magnetometers
    • G01R33/0286—Electrodynamic magnetometers comprising microelectromechanical systems [MEMS]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/038—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using permanent magnets, e.g. balances, torsion devices
    • G01R33/0385—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using permanent magnets, e.g. balances, torsion devices in relation with magnetic force measurements

Abstract

本发明涉及一种交变磁场感应装置，包括至少一个磁铁和至少一个力电转换模块；所述磁铁与所述力电转换模块机械连接，所述磁铁将其在交变磁场中接收的磁信号转换为机械力并传递给所述力电转换模块；所述力电转换模块将所述磁铁提供的机械力转换为电信号。本发明所述的交变磁场感应装置实现了磁铁将交变磁场信号转换为力，力电转换模块将力转换为电信号的交变磁场与电信号的转换；本装置灵敏度高、受静磁场影响小、受高频干扰影响小。

Description

一种交变磁场感应装置
技术领域
本发明涉及一种交变磁场感应装置，属于交变磁场领域。
背景技术
近年来，现有的交变磁场感应技术方案，如：线圈，频率越高灵敏度越高，难以感应较低频率的磁场，同时易受高频干扰影响，感应弱信号需要线圈体积较大；霍尔器件，磁阻器件会感应静磁场，虽然静磁场信号可以通过高通滤波器消除，但是对于传感器本身而言，在存在地磁环境下，需要非常大的动态范围才能感应较弱变化磁场。
发明内容
本发明针对现有交变磁场感应技术受高频干扰影响大、灵敏度低的不足，提供一种灵敏度高、受高频干扰影响小的交变磁场感应装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种交变磁场感应装置，包括至少一个磁铁和至少一个力电转换模块；
所述磁铁与所述力电转换模块机械连接，所述磁铁将其在交变磁场中接收的磁信号转换为机械力并传递给所述力电转换模块；
所述力电转换模块将所述磁铁提供的机械力转换为电信号。
本发明的有益效果是：本发明所述的交变磁场感应装置实现了磁铁将交变磁场信号转换为力，力电转换模块将力转换为电信号的交变磁场与电信号的转换；本装置灵敏度高、受静磁场影响小、受高频干扰影响小。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述交变磁场感应装置还包括处理模块，所述处理模块与至少两个力电转换模块相连接，所述处理模块接收两个力电转换模块的电信号并进行比较计算得出干扰信号。
进一步，所述处理模块消除的干扰包括振动干扰、加速度干扰和重力干扰。
进一步，所述磁铁为永磁铁或电磁铁。
进一步，所述交变磁场感应装置依靠电磁铁调节励磁电流改变灵敏度。进一步，所述力电转换模块为压电器件、电阻应变器件、电容式传感器、光电式传感器、光纤应力传感器、半导体应变片传感器、蓝宝石压力传感器或微机电压力或应力传感器等。
进一步，所述压电器件的材料包括：
陶瓷类材料；
或者压电单晶体，如石英、酒石酸钾钠等；
或者多晶压电陶瓷，如钛酸钡、锆钛酸铅、铌镁酸铅等，又称为压电陶瓷；
或者聚偏二氟乙烯(PVDF)；
或者单晶硅、多晶硅。
进一步，所述陶瓷类材料包括陶瓷类的钛酸钡、单晶类的石英、电气石、罗德盐、钽酸盐、铌酸盐等，或是薄膜类的氧化锌。
进一步，所述交变磁场感应装置还包括无磁性配重，所述无磁性配重用于将加速度，震动和重力方向的变化转换为机械力并提供给所述力电转换模块。
进一步，所述交变磁场感应装置还包括支架、设于支架外部的外壳，所述力电转换模块和所述磁铁都设置在所述外壳的内部，所述交变磁场感应装置中的力电转换模块固定在支架之间，所述力电转换模块包括第一电极和第二电极。
附图说明
图1为本发明具体实施例1所述的一种交变磁场感应装置结构图；
图2为本发明具体实施例2所述的一种交变磁场感应装置结构图；
图3为本发明具体实施例3所述的一种交变磁场感应装置结构图；
图4为本发明具体实施例4所述的一种交变磁场感应装置结构图；
图5为本发明具体实施例5所述的一种交变磁场感应装置结构图；
图6为本发明具体实施例6所述的一种交变磁场感应装置结构图；
图7为本发明具体实施例1所述的一种交变磁场感应装置应用示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明具体实施例1所述的一种交变磁场感应装置，包括一个磁铁1和一个力电转换模块2；所述磁铁1与所述力电转换模块2机械连接，所述磁铁1将其在交变磁场中接收的磁信号转换为机械力并传递给所述力电转换模块2；所述力电转换模块2将所述磁铁1提供的机械力转换为电信号。
所述机械连接，可以是粘接、焊接，或将永磁材料喷镀或蒸镀到力电转换模块2上等工程技术手段。
所述磁铁1为电磁铁。
所述交变磁场感应装置中依靠电磁铁调节励磁电流改变灵敏度。
所述力电转换模块2为压电器件。
所述压电器件的材料是陶瓷类的钛酸钡。
所述交变磁场感应装置安装时力电转换模块2为固定部分。
如图2所示，本发明具体实施例2所述的一种交变磁场感应装置，包括一个磁铁1和三个力电转换模块2；所述磁铁1分别与第一力电转换模块25、第二力电转换模块26和第三力电转换模块27机械连接，所述磁铁1将其在交变磁场中接收的磁信号转换为机械力并传递给所述力电转换模块2；所述力电转换模块2将所述磁铁1提供的机械力转换为电信号。
所述磁铁1为电磁铁。
所述交变磁场感应装置中依靠电磁铁调节励磁电流改变灵敏度。
所述力电转换模块2为电阻应变器件。
所述交变磁场感应装置安装时力电转换模块2为固定部分。
如图3所示，本发明具体实施例3所述的一种交变磁场感应装置，包括两个磁铁1和四个力电转换模块2；所述每个磁铁1与两个力电转换模块2机械连接，所述磁铁1将其在交变磁场中接收的磁信号转换为机械力并传递给所述力电转换模块2；所述力电转换模块2将所述磁铁1提供的机械力转换为电信号。
所述磁铁1为电磁铁。
所述交变磁场感应装置中依靠电磁铁调节励磁电流改变灵敏度。
所述力电转换模块2为电容式传感器；电容式传感器可为驻极体电容传感器或静电电容传感器，通过电场的变化来反映电容的变化；或LC、RC振荡器，通过振荡器频率的变化来反映电容的变化；或RC充放电回路通过回路的时间常数变化来反映电容的变化；也可以是积分器，通过积分器的斜率来反映电容的变化。
所述交变磁场感应装置安装时力电转换模块2为固定部分。
如图4所示，本发明具体实施例4所述的一种交变磁场感应装置，包括两个磁铁1和一个力电转换模块2；所述两个磁铁1与一个力电转换模块2机械连接，所述磁铁1将其在交变磁场中接收的磁信号转换为机械力并传递给所述力电转换模块2；所述力电转换模块2将所述磁铁1提供的机械力转换为电信号。
所述磁铁1为电磁铁。
所述交变磁场感应装置中依靠电磁铁调节励磁电流改变灵敏度。
所述力电转换模块2为光纤应力传感器。
所述交变磁场感应装置安装时力电转换模块2为固定部分。
如图5所示，本发明具体实施例5所述的一种交变磁场感应装置，包括一个磁铁1，一个配重6和两个力电转换模块2；所述磁铁1与第一力电转换模块23机械连接，并将交变磁场信号转换为磁力并传递给第一力电转换模块23；所述配重6与第二电转换模块24机械连接，并将装置所受震动和加速度或重力改变转换为受力并传递给第二力电转换模块24，所述第一、第二力电转换模块23、24分别将两个力转换为电信号。
所述交变磁场感应装置还包括处理模块3，所述处理模块3与两个力电转换模块2相连接，并在时域或频域上从磁场信号中消除干扰。具体地，磁铁1和第一力电转换模块23感应到有用的磁场信号和震动等干扰信号，配重6和第二力电转换模块24只感应到震动等干扰信号，处理模块3在时域或频域上可以利用干扰信号去抵消有用信号中的干扰信号，就可以消除干扰。
所述处理模块3消除的干扰包括振动干扰、加速度干扰和重力干扰。
所述磁铁1为电磁铁。
所述交变磁场感应装置中依靠电磁铁调节励磁电流改变灵敏度。
所述力电转换模块2为微机电压力或应力传感器。
所述微机电压力或应力传感器设于集成电路上。
所述交变磁场感应装置安装时力电转换模块2为固定部分。
如图6所示，本发明具体实施例6所述的一种交变磁场感应装置，包括一个磁铁1、两个力电转换模块2和一个处理模块3；所述磁铁1分别与两个力电转换模块2机械连接，所述磁铁1将其在交变磁场中接收的磁信号转换为机械力并传递给所述力电转换模块2；所述力电转换模块2将所述磁铁1提供的机械力转换为电信号；所述处理模块3与两个力电转换模块2相连接，并接收两个力电转换模块2的电信号进行比较计算得出干扰信号，处理模块3在时域或频域上可以利用干扰信号去抵消有用信号中的干扰信号，就可以消除干扰。
所述处理模块3消除的干扰包括振动干扰、加速度干扰和重力干扰。
所述磁铁1为电磁铁。
所述交变磁场感应装置中依靠电磁铁调节励磁电流改变灵敏度。
所述力电转换模块2为微机电压力或应力传感器。
所述微机电压力或应力传感器设于集成电路上。
所述交变磁场感应装置安装时力电转换模块2为固定部分。
如图7所示，本发明具体实施例1所述的一种交变磁场感应装置在具体使用时，设于支架5之间，并且在支架5和装置外部设有外壳4，所述交变磁场感应装置中的力电转换模块2固定在支架5之间，所述磁铁1与力电转换模块2相连接；所述力电转换模块2包括第一电极21和第二电极22，配重6采用压电陶瓷。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种交变磁场感应装置，其特征在于，包括一个磁铁(1)和两个力电转换模块(2)；所述磁铁(1)与其中一个所述力电转换模块(2)机械连接，所述磁铁将其在交变磁场中接收的磁信号转换为机械力并传递给该对应的力电转换模块(2)，该力电转换模块将所述磁铁(1)提供的机械力转换为电信号；
所述交变磁场感应装置还包括无磁性配重(6)，所述无磁性配重(6)用于将加速度、振动和重力方向的变化转换为机械力并提供给另一个所述力电转换模块(2)；
所述交变磁场感应装置还包括处理模块(3)，所述处理模块(3)与两个力电转换模块(2)相连接，所述处理模块(3)接收所述两个力电转换模块(2)的电信号并进行比较计算得出干扰信号；
所述交变磁场感应装置还包括支架(5)、设于支架(5)外部的外壳(4)，所述力电转换模块(2)、无磁性配重(6)和所述磁铁(1)都设置在所述外壳的内部，所述磁铁(1)与其对应的力电转换模块(2)相连接并固定在支架(5)之间，所述无磁性配重(6)与其对应的另一个力电转换模块(2)相连接也固定在支架(5)之间；
每个所述力电转换模块(2)包括第一电极(21)、第二电极(22)以及位于第一电极(21)和第二电极(22)之间的压电陶瓷，每个力电转换模块(2)通过其第一电极(21)的边缘固定于支架(5)，磁铁(1)和无磁性配重(6)均设置于相应力电转换模块(2)的第一电极(21)的上方，压电陶瓷及第二电极(22)位于第一电极(21)的下方。
2.根据权利要求1所述的交变磁场感应装置，其特征在于，所述磁铁(1)为永磁铁或电磁铁。
3.根据权利要求2所述的交变磁场感应装置，其特征在于，所述交变磁场感应装置依靠电磁铁调节励磁电流改变灵敏度。
4.根据权利要求3所述的交变磁场感应装置，其特征在于，所述压电器件的材料包括：
陶瓷类材料；
或者压电单晶体；
或者多晶压电陶瓷；
或者聚偏二氟乙烯(PVDF)；
或者单晶硅；
或者多晶硅。
5.根据权利要求4所述的交变磁场感应装置，其特征在于，所述陶瓷类材料为陶瓷类的钛酸钡，单晶类的石英、电气石、罗德盐、钽酸盐、铌酸盐，薄膜类的氧化锌中的一种。
CN201210180272.5A 2012-06-04 2012-06-04 一种交变磁场感应装置 Active CN103454596B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210180272.5A CN103454596B (zh) 2012-06-04 2012-06-04 一种交变磁场感应装置
JP2015515374A JP6042978B2 (ja) 2012-06-04 2013-04-16 交番磁界誘導装置
PCT/CN2013/074230 WO2013181970A1 (zh) 2012-06-04 2013-04-16 一种交变磁场感应装置
US14/405,591 US9606192B2 (en) 2012-06-04 2013-04-16 Alternating magnetic field sensing device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210180272.5A CN103454596B (zh) 2012-06-04 2012-06-04 一种交变磁场感应装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103454596A CN103454596A (zh) 2013-12-18
CN103454596B true CN103454596B (zh) 2017-04-12

Family

ID=49711344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210180272.5A Active CN103454596B (zh) 2012-06-04 2012-06-04 一种交变磁场感应装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9606192B2 (zh)
JP (1) JP6042978B2 (zh)
CN (1) CN103454596B (zh)
WO (1) WO2013181970A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103869263A (zh) * 2014-03-27 2014-06-18 华北电力大学（保定） 一种简易磁场检测仪
CN105699917B (zh) * 2016-01-28 2018-10-02 青岛大学 一种基于qcm及磁性微纳米纤维的磁场探测器及制备方法
CN106291408B (zh) * 2016-10-11 2023-06-09 中国计量大学 基于磁致伸缩体和驻极体的磁电转换器
CN111487567B (zh) * 2020-05-14 2022-09-23 上海科技大学 基于洛伦兹力的压电磁传感器及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2188157A (en) * 1986-03-10 1987-09-23 Gec Avionics Magnetic sensor arrangements
US5675252A (en) * 1995-06-19 1997-10-07 Sqm Technology, Inc. Composite structured piezomagnetometer
US6809515B1 (en) * 1998-07-31 2004-10-26 Spinix Corporation Passive solid-state magnetic field sensors and applications therefor
CN1675557A (zh) * 2002-06-18 2005-09-28 株式会社埃尔博特 磁桥型电流传感器及磁桥型电流检测方法、以及用于该传感器与检测方法的磁桥
CN101149424A (zh) * 2007-10-29 2008-03-26 北京航空航天大学 一种巨磁电阻传感器特性检测装置及方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4037149A (en) * 1975-12-18 1977-07-19 Simon Foner Multiple mode magnetometers
JPS58122474A (ja) * 1982-01-14 1983-07-21 Toshiba Corp 磁気センサ
JPH01142477A (ja) * 1987-11-30 1989-06-05 Tohoku Tokushuko Kk 磁化検出用加振器
JPH0318712A (ja) * 1989-06-16 1991-01-28 Toshiba Corp 地磁気方位センサ
JP3141954B2 (ja) * 1991-07-17 2001-03-07 株式会社ワコー 圧電素子を用いた力・加速度・磁気のセンサ
JP3256346B2 (ja) * 1993-07-29 2002-02-12 和廣 岡田 圧電素子を用いた力・加速度・磁気のセンサ
JPH11271351A (ja) * 1998-03-19 1999-10-08 Mitsubishi Electric Corp 圧電検出素子
JP2000065908A (ja) * 1998-08-25 2000-03-03 Victor Co Of Japan Ltd 磁気センサ及び磁気検出システム
JP2002340922A (ja) * 2001-01-25 2002-11-27 Nsk Ltd 車輪用回転検出装置
US6984902B1 (en) * 2003-02-03 2006-01-10 Ferro Solutions, Inc. High efficiency vibration energy harvester
FR2941534B1 (fr) * 2009-01-26 2011-12-23 Commissariat Energie Atomique Capteur de champ magnetique a jauge de contrainte suspendue
FR2942883B1 (fr) * 2009-03-06 2011-05-13 Commissariat Energie Atomique Capteur de gradient d'une composante d'un champ magnetique a aimant permanent
TWI436068B (zh) * 2011-04-01 2014-05-01 Delta Electronics Inc 被動式交流電流感測器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2188157A (en) * 1986-03-10 1987-09-23 Gec Avionics Magnetic sensor arrangements
US5675252A (en) * 1995-06-19 1997-10-07 Sqm Technology, Inc. Composite structured piezomagnetometer
US6809515B1 (en) * 1998-07-31 2004-10-26 Spinix Corporation Passive solid-state magnetic field sensors and applications therefor
CN1675557A (zh) * 2002-06-18 2005-09-28 株式会社埃尔博特 磁桥型电流传感器及磁桥型电流检测方法、以及用于该传感器与检测方法的磁桥
CN101149424A (zh) * 2007-10-29 2008-03-26 北京航空航天大学 一种巨磁电阻传感器特性检测装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9606192B2 (en) 2017-03-28
US20150192645A1 (en) 2015-07-09
WO2013181970A1 (zh) 2013-12-12
JP2015528892A (ja) 2015-10-01
CN103454596A (zh) 2013-12-18
JP6042978B2 (ja) 2016-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102177421B (zh) 用于确定和/或监测介质的过程变量的装置
CN103454596B (zh) 一种交变磁场感应装置
JP5284993B2 (ja) 発電センサ素子およびセンサノード
CN202562949U (zh) 一种基于静电刚度的谐振式微加速度计
CN106629571A (zh) 一种基于模态局部化效应的弱耦合mems谐振式加速度计
CN105043422B (zh) 高分辨率和宽动态范围的mems谐振式电荷传感器及检测方法
CN101685119A (zh) 谐振式微型电场传感器
CN108375371A (zh) 一种基于模态局部化效应的四自由度弱耦合谐振式加速度计
JP2014503169A (ja) 機械／電気変換装置による振動エネルギーの変換を最適化する回路
WO2012026273A1 (ja) 振動センサ
Renaud et al. A high performance electrostatic MEMS vibration energy harvester with corrugated inorganic SiO 2-Si 3 N 4 electret
Wang et al. Ferrofluid liquid spring for vibration energy harvesting
JP2005331258A (ja) 振動型角速度センサ
US9804188B2 (en) Inertial sensor
Halvorsen et al. An electrostatic energy harvester with electret bias
CN102169128A (zh) 加速度传感器和加速度检测装置
JP5226907B1 (ja) 振動発電器、振動発電装置、及び振動発電装置を搭載した電気機器と通信装置
Palaniapan et al. Performance comparison of integrated z-axis frame microgyroscopes
CN200962055Y (zh) 力平衡振动传感器
CN107796996A (zh) 具有单自由端的弯曲梁微谐振式静电计及电荷检测方法
JP6076684B2 (ja) 無給電センサ及びこれを用いた無線センサネットワーク
KR100790883B1 (ko) 액츄에이터의 구동 장치
US9140619B2 (en) Piezoelectric vacuum gauge and measuring method thereof
JP6067102B2 (ja) 角速度センサ
WO2018189545A1 (en) A vibration-based energy harvester comprising a proof mass surrounding a central anchor

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant