CN111562526A - 一种基于磁致伸缩效应的悬臂梁式磁场探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于磁致伸缩效应的悬臂梁式磁场探测器，在悬臂梁上设置凹槽，在凹槽内设置磁致伸缩材料。工作时，悬臂梁在振源作用下发生振动；在待测磁场作用下，磁致伸缩材料膨胀，挤压悬臂梁，在悬臂梁中施加应力，从而改变悬臂梁的共振频率，通过检测悬臂梁振动的共振实现磁场探测。由于悬臂梁的共振频率与施加在其中的应力关系密切，所以本发明的磁场探测灵敏度高。另外，本发明可以采用不同材料的悬臂梁及不同材料的磁致伸缩材料以实现不同量程的高灵敏度磁场探测，在磁场探测领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及磁场探测领域，具体涉及一种基于磁致伸缩效应的悬臂梁式磁场探测器。
背景技术
磁场探测器在人类社会生活的各个方面发挥着越来越重要的作用。随着技术的发展，人类对磁场探测技术的要求越来越高。传统的磁场探测器主要是基于霍尔效应、磁阻效应、磁通门效应及隧道效应的。探索不同原理的、结构简单的高灵敏度磁场探测装置依然是当前的需要。
中国发明专利申请201711457030.5“一种悬臂梁式磁传感器、其制备方法与使用方法”提出一种基于悬臂梁的磁场探测装置。该发明在悬臂梁上设置磁致伸缩材料，在磁场作用下，磁致伸缩材料膨胀，从而改变悬臂梁的共振频率或振幅，通过该共振频率或振幅的变化，实现磁场测量。悬臂梁的共振频率依赖于悬臂梁的材料、质量、外形尺寸等。在该方案中，磁致伸缩材料的膨胀会对悬臂梁产生拉力，但是对其外形的改变较小，也很难产生磁扭矩；对其质量和材料均不会产生较大影响，所以该方案的灵敏度低。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种基于磁致伸缩效应的悬臂梁式磁场探测器，该磁场探测器包括振源、底座、悬臂梁、磁致伸缩材料；底座有两个，底座固定在振源上，悬臂梁的两端分别固定在两个底座上，悬臂梁上具有凹槽，磁致伸缩材料设置在凹槽内；工作时，悬臂梁在振源作用下发生振动，在待测磁场作用下，磁致伸缩材料膨胀，改变悬臂梁中的应力，从而改变悬臂梁的振动频率，通过检测悬臂梁振动的频率实现磁场探测。
更进一步地，磁致伸缩材料为镍材料。
更进一步地，振源为压电晶振片，悬臂梁为半导体材料或金刚石。
更进一步地，磁致伸缩材料与悬臂梁的表面齐平。
更进一步地，还包括第二悬臂梁，第二悬臂梁与悬臂梁形貌相同，在第二悬臂梁的凹槽内也设有磁致伸缩材料，磁致伸缩材料与悬臂梁的表面齐平，悬臂梁与第二悬臂梁对称地胶连在一起，并固定地连接在两底座上。
本发明的有益效果：本发明提供了一种基于磁致伸缩效应的悬臂梁式磁场探测器，在悬臂梁上设置凹槽，在凹槽内设置磁致伸缩材料。工作时，悬臂梁在振源作用下发生振动；在待测磁场作用下，磁致伸缩材料膨胀，挤压悬臂梁，在悬臂梁中施加应力，从而改变悬臂梁的共振频率，通过检测悬臂梁振动的共振实现磁场探测。由于悬臂梁的共振频率与施加在其中的应力关系密切，所以本发明的磁场探测灵敏度高。另外，本发明可以采用不同材料的悬臂梁及不同材料的磁致伸缩材料以实现不同量程的高灵敏度磁场探测，在磁场探测领域具有良好的应用前景。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是基于磁致伸缩效应的悬臂梁式磁场探测器的示意图。
图2是又一种基于磁致伸缩效应的悬臂梁式磁场探测器的示意图。
图3是再一种基于磁致伸缩效应的悬臂梁式磁场探测器的示意图。
图中：1、底座；2、悬臂梁；3、凹槽；4、磁致伸缩材料；5、第二悬臂梁。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
本发明提供了一种基于磁致伸缩效应的悬臂梁式磁场探测器，该磁场探测器包括振源、底座1、悬臂梁2、凹槽3、磁致伸缩材料4。如图1所示，底座1有两个。两底座1固定在振源上。悬臂梁2的两端分别固定在两个底座1上。悬臂梁2上具有凹槽3，磁致伸缩材料4设置在凹槽3内，磁致伸缩材料4为镍材料。振源为压电晶振片，悬臂梁2为半导体材料或金刚石。底座为长方体形状，底座由多层材料构成，从下至上依次为硅层、二氧化硅层、铝镓氮层与氮化镓层。底座的长度为400微米-600微米、宽度为400-600微米、高度为800微米-1000微米。悬臂梁2的整体，也就是除凹槽3外，为长方体形，悬臂梁2的长度为200微米-300微米、宽度为 30微米-50微米、厚度为3微米-5微米。
在工作时，悬臂梁2在振源作用下发生振动，在待测磁场的作用下，磁致伸缩材料4膨胀，改变悬臂梁2中的应力，从而改变悬臂梁2的共振频率，通过检测悬臂梁2共振的频率实现磁场探测。
由于悬臂梁2的共振频率与施加在其中的应力关系密切，所以本发明的磁场探测灵敏度高。另外，本发明可以采用不同材料的悬臂梁2及不同材料的磁致伸缩材料4以实现不同量程的高灵敏度磁场探测，在磁场探测领域具有良好的应用前景。
更进一步地，如图2所示，磁致伸缩材料4与悬臂梁2的表面齐平。这样一来，当磁致伸缩材料4膨胀时，作用在悬臂梁2上的力更大，从而使得悬臂梁2中的应力也更大，更多地改变悬臂梁2的共振频率，提高探测的灵敏度。
实施例2
在实施例1的基础上，如图3所示，该磁场探测器还包括第二悬臂梁5，第二悬臂梁5与悬臂梁2形貌相同，在第二悬臂梁5的凹槽内也设有磁致伸缩材料4，磁致伸缩材料4与第二悬臂梁5的表面齐平，悬臂梁2与第二悬臂梁5对称地胶连或通过其他金属或半导体材料连接在一起，并固定地连接在两底座1上。在磁场的作用下，两凹槽3内的磁致伸缩材料4膨胀，给悬臂梁2和第二悬臂梁5施加力，从而给悬臂梁2和第二悬臂梁5施加应力，改变悬臂梁2和第二悬臂梁5整体的共振频率，通过该共振频率的改变实现磁场探测。因为磁致伸缩材料4被限制在封闭的区域，磁致伸缩材料4膨胀所施加的力全部作用到悬臂梁2或第二悬臂梁5上，更多地改变了悬臂梁2或第二悬臂梁5水平方向的应力，提高了磁场探测的灵敏度。
另一方面，用胶或者弹性系数较好的金属连接悬臂梁2和第二悬臂梁5 时，当磁致伸缩材料4膨胀时，也改变了悬臂梁2和第二悬臂梁5之间的距离，因为固体的固有共振频率与质量分布密切相关，所以在本实施例中，磁致伸缩材料4的膨胀将更多地改变悬臂梁2和第二悬臂梁5整体的共振频率，更进一步地提高磁场探测的灵敏度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于磁致伸缩效应的悬臂梁式磁场探测器，其特征在于，包括：振源、底座、悬臂梁、磁致伸缩材料；所述底座有两个，所述底座固定在所述振源上，所述悬臂梁的两端分别固定在两个所述底座上，所述悬臂梁上具有凹槽，所述磁致伸缩材料设置在所述凹槽内；工作时，所述悬臂梁在所述振源作用下发生振动，在待测磁场作用下，所述磁致伸缩材料膨胀，改变所述悬臂梁中的应力，从而改变所述悬臂梁的振动频率，通过检测所述悬臂梁振动的频率实现磁场探测。
2.如权利要求1所述的基于磁致伸缩效应的悬臂梁式磁场探测器，其特征在于：所述磁致伸缩材料为镍材料。
3.如权利要求2所述的基于磁致伸缩效应的悬臂梁式磁场探测器，其特征在于：所述振源为压电晶振片，所述悬臂梁为半导体材料或金刚石。
4.如权利要求1-3任一项所述的基于磁致伸缩效应的悬臂梁式磁场探测器，其特征在于：所述磁致伸缩材料与所述悬臂梁的表面齐平。
5.如权利要求4所述的基于磁致伸缩效应的悬臂梁式磁场探测器，其特征在于：还包括第二悬臂梁，所述第二悬臂梁与所述悬臂梁形貌相同，在所述第二悬臂梁的凹槽内也设有磁致伸缩材料，所述磁致伸缩材料与所述悬臂梁的表面齐平，所述悬臂梁与所述第二悬臂梁对称地胶连在一起，并固定地连接在两所述底座上。
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| CN202010433045.3A CN111562526A (zh) | 2020-05-21 | 2020-05-21 | 一种基于磁致伸缩效应的悬臂梁式磁场探测器 |
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| CN202010433045.3A CN111562526A (zh) | 2020-05-21 | 2020-05-21 | 一种基于磁致伸缩效应的悬臂梁式磁场探测器 |
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| CN (1) | CN111562526A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115453429A (zh) * | 2022-11-09 | 2022-12-09 | 南方电网数字电网研究院有限公司 | 磁传感器及其制备方法，磁场测量系统 |
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2020
- 2020-05-21 CN CN202010433045.3A patent/CN111562526A/zh not_active Withdrawn
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