[发明专利]一种磁扭型磁电传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电子材料器件学领域，具体涉及一种可探测磁信号的磁扭型磁传感器。

背景技术

传感器技术已经成为衡量现代化进步的一项重要技术，高精度、廉价、低功耗的传感器已经成为目前传感器的发展趋势。

作为传感器中的一种，磁传感器在现代科学技术发展中扮演着重要角色，其可靠性和灵活性的提高也使其应用变得越来越广泛。以类型分类，磁传感器可以分为：感应线圈型（Search coil）、霍尔效应型（Hall effect）、磁电阻型（AMR或GMR）、磁隧道型（MTJ或SDJ）、磁光型（Magneto-optical）、光泵型（Optically pumped）、磁二极管型（Magneto-diode）、磁三极管型（Magneto-transistor）、原子磁力型（Nuclear precession）、磁通门型（Fluxgate）、磁电型（magnetoelectric）、超导量子干涉型（SQUID）等。

这些磁传感器都有其自身的优缺点。针对低频探测而言，目前最高精度的磁传感器是SQUID，然而SQUID需要在低温下工作，且价格昂贵，很难得到普遍应用。其他探测精度比较高的磁传感器有原子磁力型、磁通门型、磁电阻型、光泵型磁传感器等，然而，这些类型的磁传感器要么价格昂贵、要么制作复杂，制约了普遍应用。

相比而言，磁电传感器因制备简单而受到人们的青睐。目前，常见的磁电型传感器主要由磁致伸缩材料和压电材料层叠复合，通过材料的内禀耦合实现磁电转换，获得磁电效应。这种层状磁电效应最早是由SQM Technology公司提出（US patent No.5675252.1997），后来美国的Penn state Univedrsity，Virginia Tech，Oakland University，俄罗斯的Novgorod state University，中国的清华大学和南京大学等单位进行了相关的研究工作。

这种层状磁电传感器的工作原理是：当磁场作用到磁电传感器时，磁致伸缩材料发生形变，通过界面力的耦合将形变传递给压电材料，从而使压电材料发生形变，通过压电材料的正压电效应输出电荷，从而实现磁到电的转换。这种耦合方式称为磁致伸缩-压电耦合磁电方式。为了获得强的磁电效应，往往需要采用具有强磁致伸缩系数和强压电系数的材料进行复合。常见的具有巨磁致伸缩系数的材料有铽镝铁（Terfenol-D）、铁镓（Galfenol）、非晶合金（Metglass）等。但是，Terfenol-D和Galfenol均需要昂贵稀土材料来制备，价钱昂贵，因而限制了其规模化使用；Metglass虽然比较便宜，但是使用其制成的磁电传感器灵敏度容易受地球磁场影响，因而限制了其在多种场合下的使用。

2008年，科学家提出了一种不采用磁致伸缩材料制成磁电器件的方法，参见发表于2008年93期美国AIP协会物理杂志Applied physics letters上名为Giant magnetoelectric effect in Pb(Zr,Ti)O-3-bimorph/NdFeB laminate device的文章。该方法采用压电双晶片和磁铁复合而实现磁电效应，为了与前述的层状磁电传感器区别，这种磁电器件也被称为磁扭型磁电传感器。磁扭型磁电传感器由于采用了便宜的磁铁取代磁致伸缩材料，而使得其制作成本大大降低；此外，与层状磁电传感器不同，磁扭型磁电传感器采用磁钮力致压电变形，而磁铁，如NdFeB等的磁钮力在比较宽的工作范围内均能保持稳定，这使得该类传感器在极宽的磁场范围都具有很稳定的灵敏度。

但是，目前的磁扭型磁电传感器结构中多采用叠放在一起的压电双晶片，在长时间工作环境中该压电双晶片容易发生界面滑移而导致失效，另外采用多片压电片也使得器件制作成本增加。

发明内容

本发明针对上述采用压电双晶片的磁扭型磁电传感器结构的不足，提供了一种新型结构的磁扭型磁电传感器，其具有结构简单、制作成本低、性能稳定，以及适用于大规模生产等优点。

一种磁扭型磁电传感器，包括压电片以及磁铁；

所述的磁铁至少与压电片的一端相连接；

所述的压电片采用单片压电片，该单片压电片电极经分割处理，形成两段及两段以上的小压电区，相邻的两段小压电区之间存在间隔；然后将各段小压电区沿厚度方向进行极化处理，相邻的两段小压电区的极化方向相反，极化完毕后将极化方向相同的各段小压电片相连作为一输出端，得到两个输出端；