RU165999U1 - MAGNETOELECTRIC MAGNETIC FIELD SENSOR - Google Patents

MAGNETOELECTRIC MAGNETIC FIELD SENSOR Download PDF

Info

Publication number
RU165999U1
RU165999U1 RU2015141318/28U RU2015141318U RU165999U1 RU 165999 U1 RU165999 U1 RU 165999U1 RU 2015141318/28 U RU2015141318/28 U RU 2015141318/28U RU 2015141318 U RU2015141318 U RU 2015141318U RU 165999 U1 RU165999 U1 RU 165999U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetoelectric
magnetic field
frequency
generator
field sensor
Prior art date
Application number
RU2015141318/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Алексеевич Бурдин
Леонид Юрьевич Фетисов
Юрий Константинович Фетисов
Николай Андреевич Экономов
Дмитрий Владимирович Чашин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники" (МИРЭА)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники" (МИРЭА) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники" (МИРЭА)
Priority to RU2015141318/28U priority Critical patent/RU165999U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU165999U1 publication Critical patent/RU165999U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

Магнитоэлектрический датчик магнитного поля, содержащий магнитоэлектрический элемент, обмотку возбуждения, усилитель, синхронный детектор, генератор частот, фазовращатель, регистрирующее устройство, сигнал переменной частоты, поступающий с генератора на обмотку возбуждения в три раза меньше частоты механического резонанса магнитоэлектрического элемента, причём переменное магнитное поле в обмотке возбуждения такой величины, при которой деформация магнитострикции ферромагнетика, являющегося элементом магнитоэлектрика, достигает 0,7÷0,8 от деформации насыщения.A magnetoelectric magnetic field sensor containing a magnetoelectric element, an excitation winding, an amplifier, a synchronous detector, a frequency generator, a phase shifter, a recording device, a variable frequency signal coming from the generator to the excitation winding is three times less than the frequency of the mechanical resonance of the magnetoelectric element, the alternating magnetic field being the excitation coil of a magnitude at which the deformation of the magnetostriction of the ferromagnet, which is an element of the magnetoelectric, reaches 0, 7 ÷ 0.8 from saturation strain.

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.).Sensors of constant and alternating magnetic fields based on the magnetoelectric effect are known, 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, an inductor, a generator and signal processing elements, including: an amplifier, detector, ADC, microprocessor, indicator and control panel.

Недостатком данного устройства является совпадение частоты возбуждения и частоты измеряемого сигнала датчика. Отстройка от частоты возбуждения является сложной технической задачей и это ограничивает его чувствительность. Другим недостатком данного датчика является наличие магнитострикционного гистерезиса, т.е. начальная восходящая зависимость выходного сигнала датчика не совпадает с обратной.The disadvantage of this device is the coincidence of the excitation frequency and the frequency of the measured sensor signal. Detuning from the excitation frequency is a complex technical task and this limits its sensitivity. Another disadvantage of this sensor is the presence of magnetostrictive hysteresis, i.e. the initial upward dependence of the sensor output signal does not coincide with the inverse.

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 и точности магнитоэлектрического датчика магнитного поля в большом динамическом диапазоне.The technical result achieved in this case is to increase the sensitivity and accuracy of the magnetoelectric magnetic field sensor in a large dynamic range.

Указанный технический результат достигается тем, что в магнитоэлектрическом датчике магнитного поля, содержащем магнитоэлектрический элемент, обмотку возбуждения, усилитель, синхронный детектор, генератор частот, фазовращатель, регистрирующее устройство, сигнал переменной частоты, поступающий с генератора на обмотку возбуждения в три раза меньше частоты механического резонанса магнитоэлектрического элемента, причем переменное магнитное поле в обмотке возбуждения такой величины при которой деформация магнитострикции ферромагнетика, являющегося элементом магнитоэлектрика, достигает 0,7÷0,8 от деформации насыщения.The specified technical result is achieved in that in a magnetoelectric magnetic field sensor containing a magnetoelectric element, an excitation winding, an amplifier, a synchronous detector, a frequency generator, a phase shifter, a recording device, a variable frequency signal coming from the generator to the excitation winding is three times less than the frequency of mechanical resonance magnetoelectric element, moreover, an alternating magnetic field in the field winding of such a magnitude at which the magnetostriction deformation of the ferromagnet ka, which is an element of a magnetoelectric, reaches 0.7–0.8 of the saturation strain.

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

На фиг. 1 показан частотный спектор сигнала на выходе магнитоэлектрического элемента с указанными условиями возбуждения и при наличии постоянного магнитного поля - H=. При использовании магнитоэлектрической структуры с большой добротностью механического резонанса она может выполнять роль усилителя и фильтра. Следует отметить, что сигнал с частотой f/2 является паразитным и не может быть использован в данном случае ввиду его большой нелинейности от измеряемого поля.In FIG. 1 shows the frequency spectrum of the signal at the output of the magnetoelectric element with the specified excitation conditions and in the presence of a constant magnetic field - H = . When using a magnetoelectric structure with a high quality factor of mechanical resonance, it can act as an amplifier and a filter. It should be noted that a signal with a frequency f / 2 is spurious and cannot be used in this case due to its large nonlinearity from the measured field.

На фиг. 2 показана зависимость выходного сигнала экспериментального магнитометра от измеряемого постоянного магнитного поля. Использовали двухслойную структуру, содержащую пьезоэлектрический слой из лангатата размерами 25 мм ×4 мм ×0.7 мм и ферромагнитный слой из аморфного сплава размерами 25 мм ×4 мм ×30 мкм, соединенные с помощью эпоксидного клея. Выбор материалов обусловлен следующими причинами. Монокристалл лангатата La3Ga5.5Ta0.5O14 (LGT) (FOMOS-Materials, Moscow, Russia) имел пьезомодуль d11=5.2 pm/V, диэлектрическую проницаемость ε≈20, акустическую добротность Q≈104 и обеспечивал большое генерируемое напряжение. Аморфный сплав состава FeBS (Metglas 2605S3A Magnetic Alloy) имел магнитострикцию насыщения λS≈20·10-6 в поле насыщения HS≈20 Гс и обладал наибольшими пьезомагнитными коэффициентами. Из приведенного графика видно, что зависимость практически линейна, а гистерезис в пределах погрешности не обнаружен.In FIG. Figure 2 shows the dependence of the output signal of the experimental magnetometer on the measured constant magnetic field. We used a two-layer structure containing a piezoelectric layer of langatate with dimensions of 25 mm × 4 mm × 0.7 mm and a ferromagnetic layer of amorphous alloy with dimensions of 25 mm × 4 mm × 30 μm, connected using epoxy adhesive. The choice of materials is due to the following reasons. The La 3 Ga 5.5 Ta 0.5 O 14 (LGT) langatate single crystal (FOMOS-Materials, Moscow, Russia) had a piezoelectric module d 11 = 5.2 pm / V, permittivity ε≈20, acoustic Q factor Q≈10 4 and provided a large generated voltage. An amorphous alloy of FeBS composition (Metglas 2605S3A Magnetic Alloy) had saturation magnetostriction λ S ≈20 · 10 -6 in the saturation field H S ≈20 G and had the highest piezomagnetic coefficients. It can be seen from the graph that the dependence is almost linear, and hysteresis is not detected within the error range.

На фиг. 3 показана блок схема заявляемой полезной модели.In FIG. 3 shows a block diagram of the inventive utility model.

Предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует получения требуемого технического результата.The present invention is illustrated by a specific example of execution, which, however, is not the only possible, but clearly demonstrates the receipt of the required technical result.

Магнитоэлектрический датчик работает следующим образом. Генератор - Г вырабатывает две частоты fp и fp/3 первая поступает через фаовращатель - ФВ на синхронный детектор - СД, а вторая на обмотку возбуждения - ОВ. В отсутствии постоянного магнитного поля - Н= сигнал отсутствует и появляется только при его наличии, проходя через усилитель - У, синхронный детектор и поступает на регистрирующее устройства. Где отображается в удобном виде.The magnetoelectric sensor operates as follows. The generator - G produces two frequencies f p and f p / 3, the first enters through the faurator - PV to the synchronous detector - SD, and the second to the field winding - OB. In the absence of a constant magnetic field - H = the signal is absent and appears only if it is present, passing through the amplifier - Y, the synchronous detector and enters the recording device. Where is displayed in a convenient form.

Следует отметить так как частота возбуждения и частота полезного сигнала сильно разнесены то проникновение первой в полезный сигнал не заметно.It should be noted that since the excitation frequency and the frequency of the useful signal are very spaced, the penetration of the first into the useful signal is not noticeable.

Claims (1)

Магнитоэлектрический датчик магнитного поля, содержащий магнитоэлектрический элемент, обмотку возбуждения, усилитель, синхронный детектор, генератор частот, фазовращатель, регистрирующее устройство, сигнал переменной частоты, поступающий с генератора на обмотку возбуждения в три раза меньше частоты механического резонанса магнитоэлектрического элемента, причём переменное магнитное поле в обмотке возбуждения такой величины, при которой деформация магнитострикции ферромагнетика, являющегося элементом магнитоэлектрика, достигает 0,7÷0,8 от деформации насыщения.
Figure 00000001
A magnetoelectric magnetic field sensor containing a magnetoelectric element, an excitation winding, an amplifier, a synchronous detector, a frequency generator, a phase shifter, a recording device, a variable frequency signal coming from the generator to the excitation winding is three times less than the frequency of the mechanical resonance of the magnetoelectric element, the alternating magnetic field being the excitation coil of a magnitude at which the deformation of the magnetostriction of the ferromagnet, which is an element of the magnetoelectric, reaches 0, 7 ÷ 0.8 from saturation strain.
Figure 00000001
RU2015141318/28U 2015-09-29 2015-09-29 MAGNETOELECTRIC MAGNETIC FIELD SENSOR RU165999U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015141318/28U RU165999U1 (en) 2015-09-29 2015-09-29 MAGNETOELECTRIC MAGNETIC FIELD SENSOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015141318/28U RU165999U1 (en) 2015-09-29 2015-09-29 MAGNETOELECTRIC MAGNETIC FIELD SENSOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU165999U1 true RU165999U1 (en) 2016-11-10

Family

ID=57280638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015141318/28U RU165999U1 (en) 2015-09-29 2015-09-29 MAGNETOELECTRIC MAGNETIC FIELD SENSOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU165999U1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU175210U1 (en) * 2017-08-31 2017-11-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" COMPENSATING DIMENSOR OF A PERMANENT MAGNETIC FIELD BASED ON MAGNETOELECTRIC
CN108241130A (en) * 2018-01-29 2018-07-03 厦门大学 A kind of fluxgate magnetic field sensor based on magnetoelectric effect
RU217036U1 (en) * 2022-12-21 2023-03-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" Magnetic field sensor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU175210U1 (en) * 2017-08-31 2017-11-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" COMPENSATING DIMENSOR OF A PERMANENT MAGNETIC FIELD BASED ON MAGNETOELECTRIC
CN108241130A (en) * 2018-01-29 2018-07-03 厦门大学 A kind of fluxgate magnetic field sensor based on magnetoelectric effect
RU217036U1 (en) * 2022-12-21 2023-03-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" Magnetic field sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Burdin et al. Nonlinear magneto-electric effects in ferromagnetic-piezoelectric composites
CN106842079B (en) Magnetic field sensor noise chopping suppression measurement method based on electric field regulation and control magnetism
Annapureddy et al. A pT/√ Hz sensitivity ac magnetic field sensor based on magnetoelectric composites using low-loss piezoelectric single crystals
Reis et al. Characterization of Metglas/poly (vinylidene fluoride)/Metglas magnetoelectric laminates for AC/DC magnetic sensor applications
Burdin et al. High-sensitivity dc field magnetometer using nonlinear resonance magnetoelectric effect
Burdin et al. DC magnetic field sensing based on the nonlinear magnetoelectric effect in magnetic heterostructures
Fetisov et al. High-sensitivity wideband magnetic field sensor using nonlinear resonance magnetoelectric effect
Guo et al. Magnetoelectric characteristics around resonance frequency under magnetic field in Pb (Zr, Ti) O3/Terfenol-D laminate composite
Bian et al. A resonant magnetic field sensor with high quality factor based on quartz crystal resonator and magnetostrictive stress coupling
Huber et al. Magnetoelastic resonance sensor for remote strain measurements
Kumar et al. Resonance based DC current sensor
Burdin et al. Suppression of nonlinear magnetoelectric effect hysteresis in a layered ferromagnetic-piezoelectric structure
RU165999U1 (en) MAGNETOELECTRIC MAGNETIC FIELD SENSOR
Filippov et al. Nonlinear magnetoelectric effect in composite multiferroics
Li et al. Wide-bandwidth high-sensitivity magnetoelectric effect of magnetostrictive/piezoelectric composites under adjustable bias voltage
RU136189U1 (en) MAGNETIC FIELD SENSOR
RU2586392C1 (en) Magnetic method of measuring thermodynamic temperature in power units
Burdin et al. Static deformation of a ferromagnet in alternating magnetic field
Wu et al. Giant circumferential magnetoelectric effect in Pb (Zr, Ti) O3/Mn-Zn-ferrite cylindrical composite
Zhang et al. Enhanced sensitivity in magnetoelectric current-sensing devices with frequency up-conversion mechanism by modulating the magnetostrictive strain
Petrov et al. Magnetoelectric Current Sensor.
Wang et al. Jump effect based magnetically tunable resonance of PZT-ring/TDF-strip composite with improved sensitivity
Salzer et al. Comparison of frequency conversion techniques for magnetoelectric sensors
Filippov et al. Magnetostriction via magnetoelectricity: using magnetoelectric response to determine the magnetostriction characteristics of composite multiferroics
RU171066U1 (en) MAGNETO-ELECTRIC CONTACTLESS DC SENSOR

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20200930