CN113466764A - 一种带有温度补偿的广义磁电效应测量方法 - Google Patents

一种带有温度补偿的广义磁电效应测量方法 Download PDF

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王力
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Abstract

一种带有温度补偿的广义磁电效应测量方法，步骤为：将压电材料PZT以悬臂梁结构悬空放置于杜瓦温控箱中，控制并检测温度变化；利用线圈提供交流磁场，线圈与电压放大器相连，电压放大器由波形发生器控制；压电材料PZT垂直方向放置电磁铁，作为直流磁场发生器，与直流电压源相连接，测量直流磁场的大小，直流磁场方向与亥姆霍兹线圈产生的交流磁场相互垂直，变化的磁场在样品内部产生涡流，通过杜瓦温控箱进行控制温度，以室温为补偿标准数据Us，设置不同交流磁场频率和温度，采集相对性的磁电电压U；将采集数据与标准数据Us比较，求得数据变化差值ΔU，确定补偿数据P，消除了温度对测量系统的干扰，提高磁场传感器的可靠性与准确性。

Description

一种带有温度补偿的广义磁电效应测量方法
技术领域
本发明属于磁电传感检测技术领域，具体涉及一种带有温度补偿的广义磁电效应测量方法。
背景技术
随着现代人工智能和无线能量传输的发展，传感器技术受到了广泛的关注。传感器的技术研究发展，可将各种能量信息进行快速检测处理，转换成可与计算机相兼容的讯号，极大促进了人类智能化、信息化的科技发展。在当前磁场传感器的技术研究中，敏感材料性能在测量信号过程中尤为重要。但是，在不同温度外界环境下，磁电材料的性能会发生显著的变化，灵敏度会有相应的变化，这就会导致测量结果的不准确，从而进一步导致错误的信号输出和动作，所以进行温度补偿是非常重要的。通过温度传感测得环境温度，之后通过算法补偿由温度变化而引起的误差，从而提高传感器信号传输的准确性。
当前，一种利用电极表面产生的涡旋电流在直流磁场的影响下产生的洛伦兹力作用在压电材料上，利用压电材料的正压电效应从而产生电荷，最终实现磁电能量转换的广义磁电效应受到各界专家学者的关注和研究。但是，此方法所采用的压电陶瓷敏感材料易受温度影响，对最终磁电能量转换结果造成误差，降低测量精准度。此发明提出一种带有温度补偿的磁电效应测量方法，解决温度对其测量结果造成的误差影响。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种带有温度补偿的广义磁电效应测量方法，解决了目前的技术方案中存在温度差异对磁传感检测的影响、抗干扰能力技术难题，提高了测量结果的准确性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
采用磁电数据采集部分直接放置杜瓦控温模块的方法，将尺寸厚度为28μm，长度4cm，宽度为1cm的压电材料PZT,压电材料两端面镀上金属电极；将压电材料PZT以悬臂梁结构悬空放置于杜瓦温控箱中，实施控制并检测温度变化；与压电材料PZT平行放置亥姆霍兹线圈，利用线圈提供交流磁场，线圈与一个电压放大器相连，电压放大器由波形发生器控制；压电材料PZT垂直方向放置电磁铁，作为直流磁场发生器，与一个直流电压源相连接。实验中，通过特斯拉计(F.W.5080)在电磁铁两极之间的气隙中测量直流磁场的大小，直流磁场方向与亥姆霍兹线圈产生的交流磁场是相互垂直的。变化的磁场在样品内部产生涡流，因此，样品薄膜在涡流产生的洛伦兹力下沿厚度方向上下震动，发生磁电效应。通过杜瓦温控箱进行控制温度，以室温25°为补偿标准数据Us，设置不同交流磁场频率和温度，采集相对性的磁电电压U；将采集数据与标准数据Us比较，求得数据变化差值ΔU，最终确定补偿数据P，最终将其线性整合，对在不同温度采集的磁电电压数据实时进行补偿，消除了温度对测量系统的干扰。
一种带有温度补偿的广义磁电效应测量方法，包括以下步骤：
步骤1，将压电材料PZT以悬臂梁方式悬空于杜瓦控温箱中，使其处于亥姆霍兹线圈与电磁铁两极中间位置，使得交流磁场与直流磁场方向相互垂直；
步骤2，通过杜瓦控温箱将压电材料PZT温度控制在室温25°，通过波形发生器和功率放大器设置亥姆霍兹线圈发出的交流磁场幅值为5Oe，磁场频率从11Hz为起始值，以11Hz为步进值，最终步进至1100Hz；直流磁场发生器产生的磁场为2000Oe，最终采集25°温度条件下不同频率的磁电电压数值Us；
步骤3，通过波形发生器和功率放大器设置亥姆霍兹线圈发出的交流磁场幅值为5Oe，磁场频率为11Hz，以11Hz为步进值，最终步进至1100Hz，设置杜瓦控温箱分别以10°为起始值，以10°为步进值，以200°为最终值的条件下，采集不同频率下与之相对应不同温度条件下的最终磁电电压测量数值U；
步骤4，将室温采集磁电电压数值Us为补偿标准数值，与不同频率和温度下的磁电电压测量数值U进行比较求差值，得到变化差值ΔU，记录相对应幅值变化时间Δt与变化温度T，最终通过
Figure BDA0003175838980000031
确定最终补偿磁电电压数值P；
步骤5，通过数据收集处理模块，实时使用补偿数据P进行对最终测量数值U进行数值补偿矫正，消除由于温度对压电材料PZT的影响最终导致磁电能量的检测和转换误差，提高磁场传感器的可靠性与准确性。
本发明的有益效果是：
本发明将磁电采集部分直接放置于温度控制模块杜瓦箱中，实时采集变化温度与磁电转化数据，将不同频率与温度数据进行线性拟合确定补偿数据，避免外界环境的干扰从而提高补偿的时效性和准确性；本发明的方法能够得到最佳的磁电能量转换条件，模拟真实的外界温度对系统的影响条件，通过数据补偿处理过程解决温度因素对数据采集与转换的误差，从而制备低功耗、抗干扰能力强、无需外加激励电源的高灵敏磁场传感器；本发明通过温度补偿数据模块，提高磁电效应能量转换数据的准确性，极大推动了磁电能量传感研究的发展进程。
附图说明
图1(a)为本发明实施例提供的温度补偿的广义磁电效应测量方法实验装置局部示意图。
图1(b)为本发明图1(a)的俯视端面示意图。
图2是本发明实施例提供的一种温度补偿的广义磁电效应测量方法的流程示意图。
图3是本发明实施例提供的根据不同温度和频率采集数据确定预设补偿数据表示意图。
图4是本发明实施例提供的一种二维线性补偿数据示意图；
图5是本发明实施例提供的一种可温度补偿的广义磁电效应测量系统结构示意图。
其中:1-压电陶瓷，2-杜瓦控温箱，3-样品夹具，4-亥姆霍兹线圈，5-电磁铁，6-实验底座。
具体实施方式
下面结合附图和是实施例对本发明做出进一步详细说明
参见图1(a)、图1(b),一种带有温度补偿的广义磁电效应测量方法实验装置局部示意图，包括压电陶瓷1，在距离实验底座6高度15cm±1cm位置，用样品夹具3以悬空固定放置杜瓦控温箱2中，同时平行放置距离亥姆霍兹线圈4位置1cm±0.5cm，电磁铁5两极则垂直放置距离压电材料PZT样品3cm±1cm水平位置，电磁铁5由直流程控电压源驱动，产生直流磁场最大幅值为3500Oe。亥姆霍兹线圈4与功率放大器和波形发生器依次相连接，利用亥姆霍兹线圈4(最大振幅为30Oe)提供交流磁场。实验中，通过特斯拉计(F.W.5080)在电磁铁5两极之间的气隙中测量直流磁场的大小，直流磁场方向与亥姆霍兹线圈4产生的交流磁场是相互垂直的。交流磁场穿过压电陶瓷1时，通过法拉第效应在压电陶瓷1的金属表面产生涡流。在外加磁场作用下，产生了安培力作用在压电相上，从而产生了电压。
参见图2,本发明实施例提供的一种可温度补偿的广义磁电效应测量方法的流程示意图，具体按照如下步骤实施：
详见步骤S1、S2，首先通过杜瓦控温箱将压电材料PZT温度控制在室温25°，通过波形发生器和功率放大器设置亥姆霍兹线圈发出的交流磁场幅值为5Oe，磁场频率从11Hz为起始值，以11Hz为步进值，最终步进至1100Hz。直流磁场发生器产生的磁场为2000Oe，最终采集25°温度条件下不同频率的磁电电压数值Us，将Us最为标准温度下系统磁电测量标准数据及补偿数据基准值。
详见步骤S3、S4，通过波形发生器和功率放大器设置亥姆霍兹线圈发出的交流磁场幅值为5Oe，磁场频率为11Hz以11Hz为步进值，最终步进至1100Hz，设置杜瓦控温箱分别以10°为起始值，以10°为步进值，以200°为最终值的条件下，采集不同频率下与之相对应不同温度条件下的最终磁电电压测量数值U，确定预设补偿表。将室温采集磁电电压数值Us为补偿标准数值，与不同频率和温度下的磁电电压测量数值U进行比较求差值，得到变化差值ΔU。记录相对应幅值变化时间Δt与变化温度T，最终通过公式：
Figure BDA0003175838980000061
式中P为最终确定磁电电压幅值补偿数据。
详见步骤S5通过数据收集处理模块，实时使用补偿数据P进行对最终测量数值U进行数值补偿矫正，消除由于温度对压电材料PZT的影响最终导致磁电能量的检测和转换误差，提高磁场传感器的可靠性与准确性。
参见图3，本发明实施例提供的根据不同温度和频率采集数据确定预设补偿数据表示意图，通过波形发生器和功率放大器设置亥姆霍兹线圈发出的交流磁场幅值为5Oe，磁场频率为11Hz以11Hz为步进值，最终步进至1100Hz，设置杜瓦控温箱分别以10°为起始值，以10°为步进值，以200°为最终值的条件下，采集不同频率下与之相对应不同温度条件下的最终磁电电压测量数值U，确定预设补偿表。
参见图4，本发明实施例提供的一种二维线性补偿数据示意图，交流磁场与直流磁场相同参数设置条件下，在室温25°为标准测量温度Ts下测量的磁电电压幅值为Us，将其设置为补偿数据标准线。通过控制杜瓦温控箱进而改变温度参数，在同样交直流磁场设置条件下，所测磁电电压数值分别为U0，U1……Un。与补偿标准数据进行相对比求差值，最终可得变化幅值ΔU，最终进行线性拟合处理。以此类推，改变交流磁场幅值进行不同温度条件下，测量最终磁电电压转换数值。
参见图5，本发明实施例提供的一种可温度补偿的广义磁电效应测量系统结构示意图。本发明采用将数据采集模块(压电陶瓷1)放置于系统控温模块(杜瓦控温箱)，进行实时采集温度变化下的磁电电压转换数值。最终，经过数据处理模块对采集的磁电电压数据进行实时矫正补偿，消除温度对测量系统的影响和误差。
一种带有温度补偿的广义磁电效应测量方法，包括以下步骤：
步骤1，将压电材料PZT以悬臂梁方式悬空于杜瓦控温箱中，使其处于亥姆霍兹线圈与电磁铁两极中间位置，使得交流磁场与直流磁场方向相互垂直；
步骤2，通过杜瓦控温箱将压电材料PZT温度控制在室温25°，通过波形发生器和功率放大器设置亥姆霍兹线圈发出的交流磁场幅值为5Oe，磁场频率从11Hz为起始值，以11Hz为步进值，最终步进至1100Hz；直流磁场发生器产生的磁场为2000Oe，最终采集25°温度条件下不同频率的磁电电压数值Us；
步骤3，通过波形发生器和功率放大器设置亥姆霍兹线圈发出的交流磁场幅值为5Oe，磁场频率为11Hz，以11Hz为步进值，最终步进至1100Hz，设置杜瓦控温箱分别以10°为起始值，以10°为步进值，以200°为最终值的条件下，采集不同频率下与之相对应不同温度条件下的最终磁电电压测量数值U；
步骤4，将室温采集磁电电压数值Us为补偿标准数值，与不同频率和温度下的磁电电压测量数值U进行比较求差值，得到变化差值ΔU，记录相对应幅值变化时间Δt与变化温度T，最终通过
Figure BDA0003175838980000081
确定最终补偿磁电电压数值P；
步骤5，通过数据收集处理模块，实时使用补偿数据P进行对最终测量数值U进行数值补偿矫正，消除由于温度对压电材料PZT的影响最终导致磁电能量的检测和转换误差，提高磁场传感器的可靠性与准确性。

Claims (4)

1.一种带有温度补偿的广义磁电效应测量方法，包括以下步骤：
步骤1，将压电材料PZT以悬臂梁方式悬空于杜瓦控温箱中，使其处于亥姆霍兹线圈与电磁铁两极中间位置，使得交流磁场与直流磁场方向相互垂直；
步骤2，通过杜瓦控温箱将压电材料PZT温度控制在室温25°，通过波形发生器和功率放大器设置亥姆霍兹线圈发出的交流磁场幅值为5Oe，磁场频率从11Hz为起始值，以11Hz为步进值，最终步进至1100Hz；直流磁场发生器产生的磁场为2000Oe，最终采集25°温度条件下不同频率的磁电电压数值Us；
步骤3，通过波形发生器和功率放大器设置亥姆霍兹线圈发出的交流磁场幅值为5Oe，磁场频率为11Hz，以11Hz为步进值，最终步进至1100Hz，设置杜瓦控温箱分别以10°为起始值，以10°为步进值，以200°为最终值的条件下，采集不同频率下与之相对应不同温度条件下的最终磁电电压测量数值U；
步骤4，将室温采集磁电电压数值Us为补偿标准数值，与不同频率和温度下的磁电电压测量数值U进行比较求差值，得到变化差值ΔU，记录相对应幅值变化时间Δt与变化温度T，最终通过
Figure FDA0003175838970000011
确定最终补偿磁电电压数值P；
步骤5，通过数据收集处理模块，实时使用补偿数据P进行对最终测量数值U进行数值补偿矫正，消除由于温度对压电材料PZT的影响最终导致磁电能量的检测和转换误差，提高磁场传感器的可靠性与准确性。
2.根据权利要求1所述的一种带有温度补偿的广义磁电效应测量方法，其特征在于，所述的压电材料PZT的尺寸厚度为28μm，长度4cm，宽度为1cm。
3.根据权利要求1所述的一种带有温度补偿的广义磁电效应测量方法，其特征在于，所述的压电材料PZT的两端面镀有金属电极。
4.根据权利要求1所述的一种带有温度补偿的广义磁电效应测量方法，其特征在于，压电材料PZT与亥姆霍兹线圈平行放置；压电材料PZT垂直方向放置电磁铁。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114252815A (zh) * 2021-11-24 2022-03-29 清华大学深圳国际研究生院 磁性悬臂梁传感器及其制作方法和测量装置、成像系统
CN116222713A (zh) * 2023-03-21 2023-06-06 深圳艾依灵科技有限公司 一种环卫车称重传感器及其控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202994914U (zh) * 2012-10-12 2013-06-12 北京工业大学 一种用于薄膜的可变温、磁场可控的动态磁电效应测试装置
CN112684389A (zh) * 2020-12-21 2021-04-20 西安理工大学 一种基于悬臂梁的广义磁电效应能量转换方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202994914U (zh) * 2012-10-12 2013-06-12 北京工业大学 一种用于薄膜的可变温、磁场可控的动态磁电效应测试装置
CN112684389A (zh) * 2020-12-21 2021-04-20 西安理工大学 一种基于悬臂梁的广义磁电效应能量转换方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114252815A (zh) * 2021-11-24 2022-03-29 清华大学深圳国际研究生院 磁性悬臂梁传感器及其制作方法和测量装置、成像系统
CN114252815B (zh) * 2021-11-24 2023-08-29 清华大学深圳国际研究生院 磁性悬臂梁传感器及其制作方法和测量装置、成像系统
CN116222713A (zh) * 2023-03-21 2023-06-06 深圳艾依灵科技有限公司 一种环卫车称重传感器及其控制方法
CN116222713B (zh) * 2023-03-21 2023-09-01 深圳艾依灵科技有限公司 一种环卫车称重传感器及其控制方法

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