МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в различных областях науки и промышленности при создании датчиков магнитного поля.
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.).
Описанное в статье устройство содержит чувствительный магнитоэлектрический элемент, катушку индуктивности, генератор и элементы обработки сигнала, включающие: усилитель, детектор, АЦП, микропроцессор, индикатор и пульт управления.
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.
Предлагаемое изобретение направлено на решение технической задачи по устранению указанных недостатков.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении чувствительности и точности магнитоэлектрического датчика магнитного поля в большом динамическом диапазоне.
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.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупностью существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
=
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.
3
5.5
0.5
14
11
S
S
4
-6
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 LaGaTaO (LGT) (FOMOS-Materials, Moscow, Russia) имел пьезомодуль d=5.2 pm/V, диэлектрическую проницаемость ε≈20, акустическую добротность Q≈10 и обеспечивал большое генерируемое напряжение. Аморфный сплав состава FeBS (Metglas 2605S3A Magnetic Alloy) имел магнитострикцию насыщения λ≈20·10 в поле насыщения H≈20 Гс и обладал наибольшими пьезомагнитными коэффициентами. Из приведенного графика видно, что зависимость практически линейна, а гистерезис в пределах погрешности не обнаружен.
На фиг. 3 показана блок схема заявляемой полезной модели.
Предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует получения требуемого технического результата.
p
p
=
Магнитоэлектрический датчик работает следующим образом. Генератор - Г вырабатывает две частоты f и f/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.
Следует отметить так как частота возбуждения и частота полезного сигнала сильно разнесены то проникновение первой в полезный сигнал не заметно.