RU153528U1

RU153528U1 - MAGNETIC FIELD SENSOR

Info

Publication number: RU153528U1
Application number: RU2014151410/28U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Алексеевич Бурдин; Юрий Константинович Фетисов; Николай Андреевич Экономов; Дмитрий Владимирович Чашин
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2015-07-27

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в различных областях науки и промышленности при создании датчиков магнитного поля. Сущность полезной модели заключается в том, что в датчике магнитного поля, содержащем магнитоэлектрический элемент (МЭ) состоящем из магнитострикционного ферромагнетика (МФМ), на котором закреплен пьезоэлемент (ПЭ1) со встречно-штыревым преобразователем (ВШП), являющимся частотнозадающим элементом первого генератора Г1, второй аналогичный пьезоэлемент (ПЭ2) - частотнозадающим элементом второго генератора (Г2), сигналы с генераторов поступают на блок выделения разностной частоты (БВРЧ), а с него на блок обработки сигнала (БОС). The utility model relates to the field of measurement technology and can be used in various fields of science and industry to create magnetic field sensors. The essence of the utility model is that in a magnetic field sensor containing a magnetoelectric element (ME) consisting of a magnetostrictive ferromagnet (MFM), on which a piezoelectric element (PE1) is fixed with an interdigital transducer (IDT), which is a frequency-setting element of the first generator G1, the second similar piezoelectric element (PE2) is the frequency-setting element of the second generator (G2), the signals from the generators are fed to the differential frequency separation unit (HFRC), and from it to the signal processing unit (BOS).

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в различных областях науки и промышленности при создании датчиков магнитного поля.The utility model relates to the field of measurement technology and can be used in various fields of science and industry to create magnetic field sensors.

Известны датчики постоянного и переменного магнитного поля на основе магнитоэлектрического эффекта например (Петров Р.В., Леонтьев B.C., Магнитоэлектрический магнитометр. Вестник Новгородского государственного университета №75 Т1 2013 г.)Known sensors of constant and alternating magnetic fields based on the magnetoelectric effect, for example (Petrov R.V., Leontyev B.C., Magnetoelectric magnetometer. Bulletin of Novgorod State University No. 75 T1 2013)

Описанное в статье устройство содержит чувствительный магнитоэлектрический элемент катушку индуктивности, генератор и элементы обработки сигнала, включающие: усилитель, детектор, ацп, микропроцессор, индикатор и пульт управления.The device described in the article contains a sensitive magnetoelectric element inductor, a generator and signal processing elements, including: an amplifier, detector, ADC, microprocessor, indicator and control panel.

Недостатком данного устройства является совпадение частоты возбуждения с частотой измеряемого сигнала датчика. Отстройка от частоты возбуждения является сложной технической задачей и это ограничивает его чувствительность.The disadvantage of this device is the coincidence of the excitation frequency with the frequency of the measured sensor signal. Detuning from the excitation frequency is a complex technical task and this limits its sensitivity.

Предлагаемое изобретение направлено на решение технической задачи по устранению указанных недостатков.The present invention is aimed at solving a technical problem to eliminate these disadvantages.

Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении чувствительности датчика магнитного поля в широком диапазоне температур.The technical result achieved in this case is to increase the sensitivity of the magnetic field sensor in a wide temperature range.

Указанный технический результат достигается тем, что в датчике магнитного поля, содержащем магнитоэлектрический элемент (МЭ), состоящем из магнитострикционного ферромагнетика (МФМ), на котором закреплен пьзоэлемент (ПЭ1) со встречно-штыревым преобразователем (ВШП), являющимся частотнозадающим элементом первого генератора Г1, второй аналогичный пьезоэлемент (ПЭ2) - частотнозадающим элементом второго генератора (Г2), сигналы с генераторов поступают на блок выделения разностной частоты (БВРЧ), а с него на блок обработки сигнала (БОС).The specified technical result is achieved in that in a magnetic field sensor containing a magnetoelectric element (ME), consisting of a magnetostrictive ferromagnet (MFM), on which a piezoelectric element (PE1) is fixed with an interdigital transducer (IDT), which is a frequency-setting element of the first generator G1, the second similar piezoelectric element (PE2) is the frequency-setting element of the second generator (G2), the signals from the generators are fed to the differential frequency separation unit (HFRC), and from it to the signal processing unit (BOS).

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.These features are significant and are interconnected with the formation of a stable set of essential features sufficient to obtain the desired technical result.

На фиг. 1 показано устройство магнитоэлектрического элемента.In FIG. 1 shows a device of a magnetoelectric element.

На фиг. 2 приведена блок схема заявляемой полезной модели.In FIG. 2 shows a block diagram of the inventive utility model.

Предлагаемая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность получения требуемого технического результата.The proposed utility model is illustrated by a specific example of execution, which, however, is not the only possible one, but clearly demonstrates the possibility of obtaining the required technical result.

Датчик работает следующим образом. При отсутствии магнитного поля генераторы Г1 и Г2 вырабатывают одинаковые частоты (в пределах ошибки измерения) поступающие на БВРЧ после него сигнал отсутствуй на индикаторе БОС отображаются нули. При воздействии постоянного магнитного поля на магнитоэлектрический элемент за счет магнитостриционного эффекта происходит продольная деформация ферромагнетика, которая передается на ПЭ1 в результате меняется его резонансная частота, в результате на выходе БИРЧ появляется разностная частота Δf, которая поступает на БОС и на индикаторе появляется значение индукции магнитного поля.The sensor operates as follows. In the absence of a magnetic field, the generators G1 and G2 generate the same frequencies (within the measurement error) arriving at the MIFS after it, the signal is absent; zeros are displayed on the BOS indicator. When a constant magnetic field acts on the magnetoelectric element, a longitudinal deformation of the ferromagnet occurs due to the magnetostrictive effect, which is transmitted to PE1, its resonant frequency changes as a result, the difference frequency Δf appears at the output of the TIRF, which goes to the biofeedback and the magnetic field induction value appears on the indicator .

Благодаря возможности очень точного измерения частоты датчик обладает высокой точностью. Реакция на деформацию ПЭ на ВПШ линейна в широком динамическом диапазоне.Thanks to the possibility of very accurate frequency measurement, the sensor is highly accurate. The reaction to deformation of PE on the VPSh is linear in a wide dynamic range.

Следует отметить т.к. ПЭ на ВШП имеют резонансные частоты лежащими в области десятков и сотен мегагерц, то при соответствующе обработке сигнала можно измерять переменные магнитные до сотен килогерц.It should be noted since Since IDs on IDTs have resonant frequencies lying in the region of tens and hundreds of megahertz, with appropriate signal processing it is possible to measure magnetic variables up to hundreds of kilohertz.

Claims

A magnetic field sensor containing a magnetoelectric element (ME), consisting of a magnetostrictive ferromagnet (MFM), on which a piezoelectric element (PE1) is fixed with an interdigital transducer (IDT), which is a frequency-determining element of the first generator G1, a second similar piezoelectric element (PE2) - the frequency-setting element of the second generator (G2), the signals from the generators are fed to the differential frequency allocation unit (HFRC), and from it to the signal processing unit (BOS).