專利名稱：磁致伸縮材料、高磁導率材料和石英音叉復合磁傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種磁傳感技術，尤其涉及一種磁致伸縮材料、高磁導率材料和石英音叉復 合磁傳感器。
背景技術：
在上世紀末，人們就開始磁致伸縮材料和壓電材料的復合疊層結構研究，該復合結構無 需電源激勵，體積小，是一種非常有潛力的磁測量器。如美國專利US patent 20010028245A1 提出用磁致伸縮材料和鐵電材料結合的磁電復合結構，還研究了一種用壓電電阻材料和磁致 伸縮材料的復合結構，給該結構中壓電電阻兩端輸入恒定電流，由于在磁場中壓電材料受到 作用產(chǎn)生形變，改變了與之復合的壓電電阻材料的電阻，通過觀測比較壓電電阻材料的輸出 電壓，就可以估算外部磁場大小。美國專利US patent 20020135364A1提出了一種磁阻抗傳感 器的測量方法，該傳感器在通電的時候產(chǎn)生偏置磁場，同時磁致伸縮產(chǎn)生應力，在不同應力 和磁場情況下，傳感單元的阻抗變化不同，通過對阻抗變化的測量，可以進行磁場的測量。 但由于采用磁致伸縮材料和壓電/鐵電材料的特性限制，相應的磁靈敏度也較低。
磁致伸縮材料和壓電材料層合復合結構的磁電系數(shù)與其品質因數(shù)成正比，而無論是磁致 伸縮材料還是壓電材料的品質因數(shù)都比較低(100左右)，為此，提高復合結構的品質因數(shù)是 提高磁電轉化系數(shù)的有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種磁致伸縮材料、高磁導率材料和石英音叉復合磁傳感器，它包括石 英音叉、"L"型基座、PZT壓電微位移器、微動臺、磁致伸縮材料塊、支架、磁性材料片；石 英音叉固定在微動臺上，微動臺固定在PZT壓電微位移器上，PZT壓電微位移器固定在"L" 型基座的豎直臂內(nèi)側；支架固定在磁致伸縮材料塊上，磁致伸縮材料塊固定在"L"型基座的橫 向臂上；支架上設置有磁性材料片，石英音叉的其中一振動臂上靠近支架那側的平面上設置
有磁性材料片，支架上的磁性材料片和振動臂上的磁性材料片平面平行且正面相對、尺寸匹 配。
本發(fā)明的有益技術效果是提供了一種磁電轉化系數(shù)更高，靈敏度也相對更高的復合結 構磁傳感器。


圖1，本發(fā)明結構；
具體實施例方式
如何才能提高復合結構的品質因數(shù)？發(fā)明人將目光投向了石英材料用石英材料制成的 石英音叉1，具有極高的品質因數(shù)，密封石英音叉1的品質因數(shù)可達到幾卜萬以上，即使是 裸露在空氣中的石英音叉1，其品質因數(shù)也有一萬左右。因此，將石英音叉1與磁致伸縮材料復合結構結合，就能夠提高磁電系數(shù)，從而提高復合結構磁傳感器的靈敏度。
基于前述的理論分析，并針對實際應用中的具體問題，發(fā)明人提出了本發(fā)明的結構，本
發(fā)明除了將石英音叉1引入傳感器結構外，還將傳感器各個器件間的位置和連接部件設計得
十分精密，使得石英音叉1的振動參數(shù)會跟隨外界磁場的變化自動改變，這種設計使得傳感
器的靈敏度進一歩提高。
下面通過其結構上的特點來闡述其原理
"L"型基座2的橫向臂通過磁致伸縮材料塊5和支架6與磁性材料片7相連，支架6的設
置位置和形狀、尺寸可以人為調整，調整的原則是使支架6上的磁性材料片7與石英音叉 1上的磁性材料片7正面相對，這種結構使得當外界磁場改變時，磁致伸縮材料塊5帶動
支架6改變兩磁性材料片7的間距，從而改變兩磁性材料片7相互作用力大小，能夠明顯的 改變石英音叉1的諧振頻率、幅度和品質因數(shù)，使得石英音叉1對外界磁場的變化更加敏感。
石英音叉1通過微動臺4和PZT (壓電陶瓷)壓電微位移器3與"L"型基座2的豎直臂內(nèi) 側相連，PZT壓電微位移器3是將石英音叉1感知到的磁場變化轉換成電輸出的"機一電"轉 換部分，由于外界磁場的變化，引起磁致伸縮材料塊5長度發(fā)生變化，磁致伸縮材料塊5帶 動支架6，從而改變支架6與石英音叉1上的兩磁性材料片7之間的間距，使它們之間的作 用力發(fā)生變化，石英音叉1的諧振頻率、幅度和品質因數(shù)也發(fā)生變化，通過檢測石英音叉1 的電輸出，能夠測得諧振頻率、幅度和品質因數(shù)的變化值，即可實現(xiàn)傳感的目的。
值得說明的是，石英音叉l與"L"型基座2的相對位置可以有多種形式，且磁性材料片7 在石英音叉1上的位置也可有多種選擇，其最終目的是為了使支架6上的磁性材料片7與石 英音叉1上的磁性材料片7正面相對(便于施加作用力)，比如石英音叉1的兩個振動臂可 以沿"L"型基座2的橫向臂順次排列；也可以使兩個振動臂沿"L"型基座2的橫向臂并列；還 可以將石英音叉1平置，通過微動臺4和PZT壓電微位移器3在"L"型基座2的豎向臂上形 成懸臂；針對前述的三種石英音叉1與"L"型基座2的相對位置，石英音叉1上的磁性材料片 7就可以分別設置在音叉上其中一個振動臂的外側、振動臂上音叉"U"型面一側、振動臂的端 面，具體設置方式可以根據(jù)傳感器尺寸、外型等條件具體設計。
實施例
參見圖1，以石英音叉1的兩個振動臂延"L"型基座2的橫向臂順次排列的設置方式為例， 石英音叉l固定在微動臺4上，微動臺4一端固定在PZT壓電微位移器3—側，PZT壓電微 位移器3的另一側固定在"L"型基座2的豎直臂內(nèi)側；支架6固定在磁致伸縮材料塊5 —端， 磁致伸縮材料塊5的另一端固定在"L"型基座2的橫向臂外端；支架6上端與音叉上的磁性材 料片7相匹配的位置設置有磁性材料片7，石英音叉1的其中一振動臂上靠近支架6那側的 平面上設置有磁性材料片7，支架6上的磁性材料片7和振動臂上的磁性材料片7平面平行 且正面相對、尺寸匹配。如果采用兩個振動臂延"L"型基座2的橫向臂并列的石英音叉1設置方式，它與前一文段 描述的結構的不同之處在于:石英音叉1的兩個振動臂延"L"型基座2橫向臂的延伸方向并列， 此時，可以任選一振動臂，并在該振動臂上音叉的"U"型面那一側設置磁性材料片7，并調整 支架6和磁致伸縮材料塊5之間的相對位置，使支架6上的磁性材料片7和振動臂上的磁性 材料片7平面平行且正面相對、尺寸匹配。
如果采用石英音叉1平置的設置方式，它與前兩種機構的不同之處在于，將磁性材料片 7設置在任一振動臂的端頭(即端面)，并按磁性材料片7面面相對的條件調整支架6和磁致 伸縮材料塊5之間的相對位置。
權利要求
1、一種磁致伸縮材料、高磁導率材料和石英音叉復合磁傳感器，其特征在于它包括石英音叉(1)、“L”型基座(2)、PZT壓電微位移器(3)、微動臺(4)、磁致伸縮材料塊(5)、支架(6)、磁性材料片(7)；石英音叉(1)固定在微動臺(4)上，微動臺(4)固定在PZT壓電微位移器(3)上，PZT壓電微位移器(3)固定在“L”型基座(2)的豎直臂內(nèi)側；支架(6)固定在磁致伸縮材料塊(5)上，磁致伸縮材料塊(5)固定在“L”型基座(2)的橫向臂上；支架(6)上設置有磁性材料片(7)，石英音叉(1)的其中一振動臂上靠近支架(6)那側的平面上設置有磁性材料片(7)，支架(6)上的磁性材料片(7)和振動臂上的磁性材料片(7)平面平行且正面相對、尺寸匹配。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁致伸縮材料、高磁導率材料和石英音叉復合磁傳感器，它的結構為石英音叉固定在微動臺上，微動臺固定在PZT壓電微位移器上，PZT壓電微位移器固定在“L”型基座的豎直臂內(nèi)側；支架固定在磁致伸縮材料塊上，磁致伸縮材料塊固定在“L”型基座的橫向臂上；支架上設置有磁性材料片，石英音叉的其中一振動臂上靠近支架那側的平面上設置有磁性材料片，支架上的磁性材料片和振動臂上的磁性材料片平面平行且正面相對、尺寸匹配。本發(fā)明的有益技術效果是提供了一種磁電轉化系數(shù)更高，靈敏度也相對更高的復合結構磁傳感器。
文檔編號G01R33/06GK101609131SQ200910104329
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月14日 優(yōu)先權日2009年7月14日
發(fā)明者文玉梅, 平 李 申請人:重慶大學