ДАТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

Полезная модель относится к области электроизмерительного оборудования и позволяет улучшить характеристики датчика напряженности электрического поля. Предлагается использование для определения наличия электрического поля.
Основное применения датчиков электрического поля заключается в определение электрического поля высокой напряженности с частотой 50 Гц, например, высоковольтные линии передач.
Недостатком известных датчиков электрического поля является относительно низкая чувствительность, высокая стоимость, удобство пользования.
Известен датчик напряженности электрического поля, содержащий проводящую подложку, на основания которой нанесены проводящие чувствительные элементы. Работа датчика основа на измерении разности зарядов, которые индуцируются на чувствительных элементах при внесении датчика в электрическое поле (см. RU №175646, G01R 29/12, 13.12.2017).
Наиболее близким по техническому решению является датчик электрического поля, выполненный в виде микроэлектромеханической системы на основе пьезоэлектрического чувствительного элемента (см. Feng Ke, Tong Jianhua, Wang Yu, Fang Dongming. Electric field microsensor based on the structure of piezoelectric interdigitated cantilever beams // journal of electronics (China). - 2014. - Vol. 31, No. 6. - P. 497-504).
Недостатками такого датчика является резонансный режим работы, сложный технологический процесс изготовления чувствительного пьезоэлектрического элемента.
Задачей полезной модели является повышение безопасности при работе, например, в области высокого электрического напряжения, путем улучшения чувствительности датчика.
Поставленная задача достигается тем, что датчик электрического поля магнитоэлектрический, включающий расположенный в корпусе чувствительный элемент, в качестве чувствительного элемента содержит магнитострикционно-пьезоэлектрическую структуру, помещенную в соленоидальную катушку, с торцевых сторон которой расположены постоянные магниты, а также содержит усилитель.
Предлагаемый датчик электрического поля состоит из магнитоэлектрической структуры, например, магнитострикционно-пьезоэлектрической (фиг. 1), внешними поверхностями которой являются пластины из магнитострикционного материала, например, Метгласа. Внутренним элементом структуры является пьезоэлектрик, например, ЦТС-19, соединяющийся с пластинами Метгласа, например, клеем, для обеспечения жесткой связи. Датчик электрического поля включает в себя также усилитель, соленоидальную катушку, внутри которой расположен магнитоэлектрический элемент.
Техническим результатом является повышение чувствительности датчика.
Для пояснения предполагаемой полезной модели предложены чертежи:
Фиг. 1 - Конструкция магнитоэлектрического элемента, помещенного в соленоидальную катушку, и ориентация полей.
Фиг. 2 - Структурная схема датчика электрического поля магнитоэлектрического.
Датчик электрического поля магнитоэлектрический состоит из чувствительного элемента, выполненного в виде пластины 1 из пьезоэлектрика, на боковые поверхности которого с помощью клея нанесены пластины Метгласа 2 (фиг. 1). В состав устройства также входят постоянный магнит 3, соленоидальная катушка 4, установленная на чувствительный элемент и усилитель 5 (фиг. 2). Магнитоэлектрический элемент выполнен из композиционного слоистого материала, например, состава Метглас - пьезокерамика ЦТС - Метглас, подробно описанного в [Бичурин М.И., Петров Р.В., Соловьев И.Н., Соловьев А.Н. Исследование магнитоэлектрических сенсоров на основе пьезокерамики ЦТС и Метгласа // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - №1].
0
Датчик электрического поля работает следующим образом. Внешнее детектируемое переменное электрическое поле  воздействует на пьезоэлектрическую пластину, вследствие чего в ней возникает обратный пьезоэлектрический эффект. Происходит деформация пьезоэлектрической пластины, а вместе с тем и деформация механически связанных с ней магнитострикционных пластин. В магнитострикционных пластинах возникает обратный магнитострикционный эффект, при этом меняется величина намагниченности М. Изменение намагниченности магнитоэлектрического элемента приводит к возникновению вокруг него собственного переменного магнитного поля, которое наводит ЭДС в соленоидальной катушке. В результате взаимодействия магнитного и электрических полей в МЭ элементе происходит явление, которое называется магнитоэлектрическим эффектом, подробно описанным в литературе [М.И. Бичурин, В.М. Петров, Д.А. Филиппов, Г. Сринивасан; Магнитоэлектрический эффект в композиционных материалах / НовГУ им. Ярослава Мудрого. - Великий Новгород, 2005. - 103 с]. Индуцированный сигнал с катушки подается на усилитель. Выходное напряжение с усилителя является выходной величиной датчика, при этом величина выходного напряжения пропорциональна величине напряженности внешнего переменного электрического поля  Магнитоэлектрический элемент при этом находится в магнитном поле Н постоянного магнита - поле смещения, которое необходимо для работы датчика в линейном режиме.
Предлагаемое техническое решение позволяет повысить чувствительность датчика. Использование датчика, например, при работе в области высокого электрического напряжения позволяет повысить безопасность. И, как следствие, решить поставленную задачу.