МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ

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.
c
c
Работает устройство следующим образом. Через проводящие слои 5 от внешнего источника пропускают переменный электрический ток I 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 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.
шум
мин
шум
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 ≈ 0,1 мВ. Отсюда получаем минимальное детектируемое поле Н=u/S≈0,02 Э.