專利名稱：磁致伸縮材料、高磁導(dǎo)率材料和石英音叉復(fù)合磁傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁傳感技術(shù)，尤其涉及一種磁致伸縮材料、高磁導(dǎo)率材料和石英音叉復(fù) 合磁傳感器。
背景技術(shù)：
在上世紀末，人們就開始磁致伸縮材料和壓電材料的復(fù)合疊層結(jié)構(gòu)研究，該復(fù)合結(jié)構(gòu)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(jié)合的磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)，還研究了一種用壓電電阻材料和磁致 伸縮材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)，給該結(jié)構(gòu)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(fù)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(yīng)力，在不同應(yīng)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(yīng)的磁靈敏度也較低。
磁致伸縮材料和壓電材料層合復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁電系數(shù)與其品質(zhì)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(zhì)因數(shù)都比較低(100左右)，為此，提高復(fù)合結(jié)構(gòu)的品質(zhì)因數(shù)是 提高磁電轉(zhuǎn)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(dǎo)率材料和石英音叉復(fù)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(cè)；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(shè)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(cè)的平面上設(shè)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(shù)效果是提供了一種磁電轉(zhuǎn)化系數(shù)更高，靈敏度也相對更高的復(fù)合結(jié) 構(gòu)磁傳感器。


圖1，本發(fā)明結(jié)構(gòu)；
具體實施例方式
如何才能提高復(fù)合結(jié)構(gòu)的品質(zhì)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(zhì)因數(shù)，密封石英音叉1的品質(zhì)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(zhì)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(fù)合結(jié)構(gòu)結(jié)合，就能夠提高磁電系數(shù)，從而提高復(fù)合結(jié)構(gòu)磁傳感器的靈敏度。
基于前述的理論分析，并針對實際應(yīng)用中的具體問題，發(fā)明人提出了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，本
發(fā)明除了將石英音叉1引入傳感器結(jié)構(gòu)外，還將傳感器各個器件間的位置和連接部件設(shè)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(shè)計使得傳感
器的靈敏度進一歩提高。
下面通過其結(jié)構(gòu)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(shè)
置位置和形狀、尺寸可以人為調(diào)整，調(diào)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(cè)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(zhuǎn)換成電輸出的"機一電"轉(zhuǎn) 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(zhì)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(zhì)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(shè)置在音叉上其中一個振動臂的外側(cè)、振動臂上音叉"U"型面一側(cè)、振動臂的端 面，具體設(shè)置方式可以根據(jù)傳感器尺寸、外型等條件具體設(shè)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(shè)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(cè)，PZT壓電微 位移器3的另一側(cè)固定在"L"型基座2的豎直臂內(nèi)側(cè)；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(shè)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(cè)的 平面上設(shè)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(shè)置方式，它與前一文段 描述的結(jié)構(gòu)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(cè)設(shè)置磁性材料片7，并調(diào)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(shè)置方式，它與前兩種機構(gòu)的不同之處在于，將磁性材料片 7設(shè)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(diào)整支架6和磁致 伸縮材料塊5之間的相對位置。
權(quán)利要求
1、一種磁致伸縮材料、高磁導(dǎo)率材料和石英音叉復(fù)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(cè)；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(shè)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(cè)的平面上設(shè)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(dǎo)率材料和石英音叉復(fù)合磁傳感器，它的結(jié)構(gòu)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(cè)；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(shè)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(cè)的平面上設(shè)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(shù)效果是提供了一種磁電轉(zhuǎn)化系數(shù)更高，靈敏度也相對更高的復(fù)合結(jié)構(gòu)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(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者文玉梅, 平 李 申請人:重慶大學