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  магнитоэлектрический датчик магнитного поля, описанный в документе (патент RU 165999 U1, опубликован 10.11.2015). Известный датчик содержит магнитоэлектрический элемент, состоящий из слоя магнитострикционного материала механически соединенного с пьезоэлектриком с электродами, обмотку возбуждения, усилитель, синхронный детектор, генератор частот, фазовращатель, регистрирующее устройство. Указанный датчик работает следующим образом. При воздействии на магнитоэлектрический элементпеременного магнитного полс, которое возбуждается в обмотке генератором с частотой в три раза меньшей частоты механического резонанса магнитоэлектрического элемента, причем переменное магнитное поле такой величины, при которой деформация магнитострикции ферромагнетика достигает 0,7-0,8 от дформации насыщения.
Недостатком известного датчика является ограниченный динамический диапазон измерения магнитного поля, определяемый уровнем насыщения феромагнитного материала.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение технической задачи по устранению этого недостатка.
Технический результат заключается в увеличении динамического диапазона измеряемого магнитного поля.
Технический результат достигается тем, что датчик магнитного поля, содержащий пьезоэлектрическую пластину с электродами, обмотку возбуждения, генератор, усилитель, синхронный детектор, отличающийся тем, что в качестве элемента, чувствительного к магнитному полю, используется пьезоэлектрическая пластина с электродами, работающая на основе пьезоиндукционного эффекта.
Указанные признаки полезной модели являются существенными и совокупность этих признаков достаточна для получения требуемого технического результата.
На фиг.1 показана конструкция заявляемой полезной модели. Датчик магнитного поля содержит обмотку возбуждения 1, электроды 2, пьезоэлектрик 3, генератор 4, усилитель 5, синхронный детектор 6.
Представленная конструкция не является единственно возможной, но обеспечивает получение требуемого технического результата.
Работает устройство следующим образом. Генератор 4 подает напряжение переменного тока на обмотку возбуждения 1, переменное поле которой возбуждает в ближайшем электроде 2 вихревые токи, которые взаимодействуют с измеряемым постоянным полем H, происходит деформация пьезоэлектрического диска 3 и на электродах 2 наводится электрические заряды в виде переменного напряжения, что является пьезоиндукционным эффектом. Напряжение с электродов на усилитель 5. После усилителя сигнал поступает на синхронный детектор 6, на который также поступает синхронизирующий сигнал с генератора 4. На выходе в результате синхронного детектирования появляется постоянное напряжение,  величина которого пропорциональна величине измеряемого магнитного поля.
Был изготовлен макет датчика поля. Пьезоэлектрическая пластина была изготовлена из цирконата-титатаната свинца  (ЦТС-19) радиусом 15 мм и толщиной 0.2 мм. На поверхности диска были нанесены электроды из серебра. Обмотка возбуждения представляла собой кольцо с внешним диаметром 15 мм толщиной 3 мм, содержащая 20 витков провода марки ПЭВ-0.2. Пьезоэлектрик находился на расстоянии 1 мм от катушки возбуждения.
На катушку возбуждения генератора подавалось переменное напряжение частотой 134,7 кГц, которая соответствовала частоте механического радиального резонанса пьезоэлектрика. На фиг. 2 показана зависимость выходного сигнала от величины постоянного магнитного поля, где хорошо видно, что в диапазоне от 0 до 6 кЭрстед зависимость практически линейна. На фиг. 3 приведена зависимость выходного сигнала датчика от величины переменного поля возбуждения, которая также линейна.