CN210514437U - 一种基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置，包括保护外壳、固定底座、位于所述固定底座上的磁汇聚子结构、位于所述磁汇聚子结构底部的永磁铁、分别位于所述磁汇聚子结构上方的质量块以及磁电层合材料、位于所述磁电层合材料下表面的载流导线。本实用新型通过以上设计解决了现有传感装置的灵敏度和线性度较低，传感装置结构复杂、难于安装，直流偏置磁场为固定值，难以调节，以及结构谐振频率不可调节的问题。本实用新型结构简单，可靠性高，将结构谐振频率调整到电流频率附近，获得更大的输出灵敏度，不仅使直流偏置磁场可调节，可满足不同磁电材料的最优偏置磁场，而且还使谐振频率可调节，满足测量不同频率电流都具有较大灵敏度。

Description

一种基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置

技术领域

本实用新型属于电流传感领域，尤其涉及一种基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置。

背景技术

具有磁电效应的磁电材料可以实现磁能和电能的相互转化，被广泛应用于电流传感领域。磁电效应是材料在外磁场的作用下产生极化电场或者在外电场中诱发磁化的现象，磁电层合材料由具有磁致伸缩性能的铁磁材料和具有压电效应的压电材料组成，通过磁-机-电耦合实现磁电转换，它的出现克服了单相磁电材料磁电系数低、制作工艺复杂、易老化等缺点，因此，磁电层合材料在电流测量、磁场探测、能量采集领域有着大量的研究和应用。其原理是当磁电层合材料置于一个外磁场中时，产生形变的磁致伸缩材料将应力传递给压电材料，在压电材料的电极上产生电压输出，并且，基于磁电效应的电流传感器是将磁能转化为电信号，并不需要额外的外部电源供给。但目前基于磁电层合材料的电流传感器主要问题和缺陷：(1)传感装置的灵敏度和线性度都较低；(2)结构复杂、难于安装；(3)偏置磁场为固定值，难以调节；(4)振频率不可调节。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置解决了现有传感装置的灵敏度和线性度都较低、结构复杂、难于安装、置磁场为固定值，难以调节，以及振频率不可调节的问题。

为了达到以上目的，本实用新型采用的技术方案为：

本方案提供一种基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置，包括保护外壳，以及位于所述保护外壳内且贯穿于所述保护外壳的电流传感机构。

本实用新型的有益效果是：本实用新型将结构谐振频率调整到电流频率附近，以获得更大的输出灵敏度，不仅使直流偏置磁场可调节，可满足不同磁电材料的最优偏置磁场，而且还使谐振频率可调节，满足测量不同频率电流都能具有较大的输出灵敏度。

进一步地，所述电流传感机构包括固定底座、固定于所述固定底座上的磁汇聚子结构、位于所述磁汇聚子结构底部的永磁铁、位于所述磁汇聚子结构上方的磁电层合材料、位于所述磁电层合材料上方的质量块，以及位于所述磁电层合材料下表面的载流导线，其中，所述载流导线贯穿于所述保护外壳。

上述进一步方案的有益效果是：本实用新型通过采用磁汇聚效应，可以有效汇聚载流导线产生的交流磁场，直流偏置磁场可以通过可移动磁芯上下移动进行调节，适应不同磁电层合所需的最优直流偏置磁场，使其具有较大的输出灵敏度，结构谐振频率可以调节，以适应不同频率电流的测量，使其测量不同频率电流都具有较大的输出灵敏度。

再进一步地，所述永磁铁、所述磁汇聚子结构和所述磁电层合材料形成一个直流磁场磁回路。

上述进一步方案的有益效果是：本实用新型通过永磁体为磁电层合材料提供直流偏置磁场，由于磁电层合材料需要在一定直流偏置磁场下所具有的磁电系数会加强，因此，可以上下移动所述磁汇聚子结构内的可移动磁芯提供最优直流偏置，从而有效地提高传感装置的灵敏度。

再进一步地，所述磁汇聚子结构与所述磁电层合材料形成一个磁回路。

上述进一步方案的有益效果是：本实用新型通过磁汇聚子结构和磁致伸缩材料层的高磁导率可以汇聚磁力线，形成一个磁回路，增加磁电层合材料中的磁感应强度，以提高该电流传感装置的灵敏度。

再进一步地，所述磁电层合材料呈悬臂状，且其一端固定于所述固定底座上，其另一端通过环氧树脂粘胶与所述质量块连接。

上述进一步方案的有益效果是：本实用新型通过调整质量块的质量或者到另一端的距离可以改变结构的谐振频率，由于当电流频率与磁电层合材料的谐振频率相同或接近时，传感器的灵敏度也会增强，因此，可以适用于测量不同频率电流其都具有较大的灵敏。

再进一步地，所述磁电层合材料由磁致伸缩材料层和压电材料层通过粘结剂粘合组成，且所述压电材料层位于所述磁致伸缩材料层的上表面，所述载流导线位于所述磁致伸缩材料层的下表面。

上述进一步方案的有益效果是：本实用新型中载流导线位于磁致伸缩材料层和磁汇聚子结构组成的磁回路内，通过粘结剂将磁致伸缩材料层感应到载流导线磁感应强度产生的应力传递给压电材料层，在压电材料层上产出电压输出。

再进一步地，所述磁致伸缩材料层与所述压电材料层均为长条状，且所述压电材料层的长度小于所述磁致伸缩材料层的长度。

上述进一步方案的有益效果是：本实用新型中磁致伸缩材料层形成一个悬臂梁结构，便于调整谐振频率，且压电材料层位于磁致缩材料层固定端附近的上方，可接受磁致伸缩材料层的最大应变应力，有效增大该电流传感器灵敏度。

再进一步地，所述磁汇聚子结构呈H型，由磁芯组成，且所述磁汇聚子结构内设置有与所述固定底座平行的移动磁芯。

上述进一步方案的有益效果是：本实用新型通过设置可以上下移动的移动磁芯提供最优直流偏置，有效地提高传感器灵敏度。

附图说明

图1为本实用新型的电流传感机构的结构示意图。

图2为本实用新型的保护外壳的结构示意图。

其中，1-固定底座，2-永磁铁，3-磁汇聚子结构，4-质量块，5-载流导线，6-磁场伸缩材料层，7-压电材料层，8-移动磁芯，9-保护外壳。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

实施例

本实用新型公开了一种基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置，将结构谐振频率调整到电流频率附近，获得更大的输出灵敏度，不仅使直流偏置磁场可调节，可满足不同磁电材料的最优偏置磁场，而且还使谐振频率可调节，满足测量不同频率电流都具有较大灵敏度，解决了现有传感装置的灵敏度和线性度都较低、结构复杂、难于安装、置磁场为固定值，难以调节，以及振频率不可调节的问题。

如图1-图2所示，一种采用磁汇聚结构的磁电层合材料电流传感装置，包括保护外壳9，以及位于所述保护外壳9内且贯穿于所述保护外壳9的电流传感机构，所述电流传感机构包括固定底座1、固定于所述固定底座1上的磁汇聚子结构3、位于所述磁汇聚子结构3底部的永磁铁2、位于所述磁汇聚子结构3上方的磁电层合材料、位于所述磁电层合材料上方的质量块4，以及位于所述磁电层合材料下表面的载流导线5，其中，所述载流导线5贯穿于所述保护外壳9，所述永磁铁2、所述磁汇聚子结构3和所述磁电层合材料形成一个直流磁场磁回路，所述磁汇聚子结构3与所述磁电层合材料形成一个磁回路，所述磁电层合材料呈悬臂状，且其一端固定于所述固定底座1上，其另一端通过环氧树脂粘胶与所述质量块4连接，所述磁电层合材料由磁致伸缩材料层6和压电材料层7通过粘结剂粘合组成，且所述压电材料层7位于所述磁致伸缩材料层6的上表面，所述载流导线5位于所述磁致伸缩材料层6的下表面，所述载流导线5位于磁致伸缩材料层和磁汇聚子结构3组成的磁回路内，通过粘结剂将磁致伸缩材料层感应到载流导线5磁感应强度产生的应力传递给压电材料层，在压电材料层上产出电压输出，所述磁致伸缩材料层6与所述压电材料层7均为长条状，且所述压电材料层7的长度小于所述磁致伸缩材料层6的长度，所述磁汇聚子结构3呈H型，由磁芯组成，且所述磁汇聚子结构3内设置有与所述固定底座1平行的移动磁芯8。

本实施例中，磁汇聚子结构3由高磁导率的磁芯组成，可以更好的汇聚载流导线产生的交流磁场。同时磁汇聚子结构3可以通过可移动磁芯8的上下移动微调由永磁铁2提供的直流偏置磁场，为磁电层合材料提供合适的直流偏置磁场。磁电层合材料由磁致伸缩材料层6和压电材料层7通过粘结剂粘合在一起，磁电层合材料一端固定在固定底座1上，一段与质量块4连接，使磁电层合材料形成一个悬臂梁，通过调整质量块4的质量可以改变结构的谐振频率。该传感装置通过磁汇聚子结构3与磁致伸缩材料层6形成一个磁回路，通过磁汇聚子结构3汇聚由载流导线5产生的交流磁场，由于磁电层合材料的磁-机-电耦合效应，在压电材料层7上产生电压输出，从而完成电流的测量。

本实施例中，永磁铁2在磁汇聚子结构3底部，与磁汇聚子结构3和磁致伸缩材料层6可形成一个直流磁场磁回路，永磁体2为磁电层合材料提供直流偏置磁场，由于磁电层合材料需要在一定直流偏置磁场下所具有的磁电系数会加强，因此可以上下移动可移动磁芯8提供最优直流偏置，提高传感器灵敏度。

本实施例中，磁电层合材料一端固定在固定底座1上，一段与质量块4连接，通过调整质量块4的质量或者到另一端的距离可以改变结构的谐振频率，由于当电流频率与磁电层合材料的谐振频率相同或接近时，传感装置的灵敏度也会增强，因此可以适用于测量不同频率电流都具有较大的灵敏。

本实用新型通过采用磁汇聚效应，可以有效汇聚载流导线产生的交流磁场，直流偏置磁场可以通过可移动磁芯上下移动进行调节，适应不同磁电层合所需的最优直流偏置磁场，使其具有较大的输出灵敏度，结构谐振频率可以调节，以适应不同频率电流的测量，使其测量不同频率电流都具有较大的输出灵敏度。

Claims (7)

1.一种基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置，其特征在于，包括保护外壳(9)，以及位于所述保护外壳(9)内且贯穿于所述保护外壳(9)的电流传感机构；

所述电流传感机构包括固定底座(1)、固定于所述固定底座(1)上的磁汇聚子结构(3)、位于所述磁汇聚子结构(3)底部的永磁铁(2)、位于所述磁汇聚子结构(3)上方的磁电层合材料、位于所述磁电层合材料上方的质量块(4)，以及位于所述磁电层合材料下表面的载流导线(5)，其中，所述载流导线(5)贯穿于所述保护外壳(9)。

2.根据权利要求1所述的基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置，其特征在于，所述永磁铁(2)、所述磁汇聚子结构(3)和所述磁电层合材料形成一个直流磁场磁回路。

3.根据权利要求2所述的基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置，其特征在于，所述磁汇聚子结构(3)与所述磁电层合材料形成一个磁回路。

4.根据权利要求1所述的基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置，其特征在于，所述磁电层合材料呈悬臂状，且其一端固定于所述固定底座(1)上，其另一端通过环氧树脂粘胶与所述质量块(4)连接。

5.根据权利要求1所述的基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置，其特征在于，所述磁电层合材料由磁致伸缩材料层(6)和压电材料层(7)通过粘结剂粘合组成，且所述压电材料层(7)位于所述磁致伸缩材料层(6)的上表面，所述载流导线(5)位于所述磁致伸缩材料层(6)的下表面。

6.根据权利要求5所述的基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置，其特征在于，所述磁致伸缩材料层(6)与所述压电材料层(7)均为长条状，且所述压电材料层(7)的长度小于所述磁致伸缩材料层(6)的长度。

7.根据权利要求1所述的基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置，其特征在于，所述磁汇聚子结构(3)呈H型，由磁芯组成，且所述磁汇聚子结构(3)内设置有与所述固定底座(1)平行的移动磁芯(8) 。

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