RU201792U1

RU201792U1 - Магнитоэлектрический датчик магнитного поля

Info

Publication number: RU201792U1
Application number: RU2020131952U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Владимирович Савельев; Леонид Юрьевич Фетисов; Юрий Константинович Фетисов; Дмитрий Владимирович Чашин
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2021-01-13

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в различных областях науки и промышленности для измерения постоянных магнитных полей. Предложен магнитоэлектрический датчик магнитного поля, содержащий пьезоэлектрическую пластину с электродами, на поверхность которых нанесены слои диэлектрика, на диэлектрики с каждой стороны нанесены слои магнитострикционного материала, а сверху нанесены проводящие слои, электрически соединенные на одном конце, при этом все слои и пластина механически связаны друг с другом. Технический результат - увеличение чувствительности к магнитному полю. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в различных областях науки и промышленности для измерения постоянных магнитных полей.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является планарный магнитоэлектрический датчик постоянного магнитного поля, описанный в документе [патент RU 193362 U1, опубликован 28.10.2019]. Известный датчик содержит пьезоэлектрическую пластину с электродами, на поверхность которой нанесен слой диэлектрика, слой магнитострикционного материала и два проводящих слоя, электрически соединенные на одном конце. Все слои и пластина механически связаны друг с другом. Указанное устройство работает следующим образом. При воздействии на такой датчик переменного магнитного поля возбуждения и постоянного магнитного поля Н между электродами пьезоэлектрика вследствие комбинации магнитострикции и пьезоэлектрического эффекта генерируется переменное электрическое напряжение, амплитуда которого пропорциональна полю u ~ Н, что и используется для измерения поля.

Недостатком известного датчика является недостаточная чувствительность для некоторых приложений, определяемая конструкцией и работой на изгибных колебаниях.

Предлагаемая полезная модель направлена на решение технической задачи по устранению этого недостатка.

Технический результат заключается в увеличении чувствительности к магнитному полю.

Технический результат достигается тем, что магнитоэлектрический датчик магнитного поля содержит пьезоэлектрическую пластину с электродами, при этом на поверхность электродов нанесены слои диэлектрика, на диэлектрики с каждой стороны нанесены слои магнитострикционного материала, а сверху нанесены проводящие слои, электрически соединенные на одном конце. Все слои и пластина механически связаны друг с другом.

Указанные признаки полезной модели являются существенными и совокупность этих признаков достаточна для получения требуемого технического результата.

На фиг. 1 показана конструкция заявляемой полезной модели. Магнитоэлектрический датчик магнитного поля содержит пьезоэлектрическую пластину 1 с электродами 2 на поверхностях, диэлектрические слои 3, два слоя магнитострикционного материала 4 и два проводящих слоя 5, соединенные на одном конце. Все слои и пластина механически связаны друг с другом.

Представленная конструкция не является единственно возможной, но обеспечивает получение требуемого технического результата.

Работает устройство следующим образом. Через проводящие слои 5 от внешнего источника пропускают переменный электрический ток I_c частотой ƒ. Электрический ток создает между проводящими слоями переменное магнитное поле, которое воздействует на магнитострикционный материал 4. Это магнитное поле вызывает деформацию магнитострикционного материала 4, которая передается пьезоэлектрической пластине 1. В результате между электродами 2 пьезоэлектрической пластины 1 генерируется электрическое напряжение u_c той же частотой ƒ. При воздействии на датчик внешнего магнитного поля Н, направленного в плоскости структуры перпендикулярно ее длинной оси, амплитуда напряжения и линейно растет с увеличением Н, что и используется для измерения поля.

Был изготовлен макет магнитоэлектрического датчика поля. Пьезоэлектрическая пластина была изготовлена из керамики марки ЦТС-19 с электродами и имела размеры 12 мм × 12 мм × 0,22 мм. Поверхности пластины были покрыты диэлектрическим слоем толщиной ~1 мкм. В качестве магнитострикционного материала использовали аморфный сплав марки Metglas 2605SA1, толщиной 23 мкм. Поверхность магнитострикционного слоя была покрыта слоем диэлектрика толщиной ~1 мкм. Затем на поверхности магнитострикционного слоя с обоих сторон были нанесены проводящие слои из меди толщиной ~2 мкм. Слои были электрически соединены с одного конца.

На фиг. 2 приведена измеренная зависимость изготовленного датчика амплитуды генерируемого напряжения u от напряженности постоянного магнитного поля Н при амплитуде возбуждающего тока I=100 мА и частоте тока ƒ=155,2 кГц. Видно, что в области малых полей Н<20 Э зависимость примерно линейна, что и определяет диапазон рабочих полей макета датчика. Чувствительность датчика к магнитному полю составляла S=u/Н ≈ 5,5 мВ/Э. Напряжение шума равнялось u_шум ≈ 0,1 мВ. Отсюда получаем минимальное детектируемое поле Н_мин=u_шум/S≈0,02 Э.

Claims

Магнитоэлектрический датчик магнитного поля, содержащий пьезоэлектрическую пластину с электродами, отличающийся тем, что на поверхность электродов нанесены слои диэлектрика, на диэлектрики с каждой стороны нанесены слои магнитострикционного материала, а сверху нанесены проводящие слои, электрически соединенные на одном конце, при этом все слои и пластина механически связаны друг с другом.