[发明专利]一种基于磁电效应的多轴磁梯度计

说明书

本发明公开了一种基于磁电效应的多轴磁梯度计，包括读取单元及若干相互连接的多铁性磁传感器，所述读取单元输入端连接多铁性磁传感器，读取单元的输出端作为信号读取端，其中多铁性磁传感器分为若干方向。多铁性磁传感器感受到磁场后会产生电势差，利用相互连接的方式可以实现电势差的叠加或抵消，通过将若干多铁性磁传感器分为多个方向，可以同时检测多个方向的磁场强度，再通过电压的叠加或抵消得到输出值。本发明的实质性效果包括：通过特定结构及连接方式实现直接测量磁场强度差值，不再依赖额外的计算，测量简单快捷，且可以实现多方向的测量。

技术领域

本发明涉及磁场测量领域，特别涉及一种基于磁电效应的多轴磁梯度计。

背景技术

磁电耦合效应是指材料在外加磁场作用下产生电极化或者材料在外加电场作用下产生磁化的现象。因此，在同时具有压电效应和磁致伸缩效应的材料系统中，外界磁场的变化可以通过磁电耦合效应产生电信号响应，并且该电信号响应与外界磁场幅值成一定范围的线性关系。目前，经过良好屏蔽处理，磁电材料在谐振频率下可以探测到1.2*10^-10 T的交流磁场；利用非晶层的高磁导率和强磁性各向异性，可以使得非晶合金/PZT纤维阵列叠层复合材料对直流磁场具有10^-9T的灵敏度，以及高达10^-5度的角度灵敏度。已有的研究案例展示了基于磁电材料的磁场传感器在航海航空、医学检测、地质勘探、信息处理等方面的应用前景，并且其具有灵敏度高、成本低、功耗小等优点。

如授权公告号 CN101047225B的发明提供一种磁电耦合器件，其包括：两个磁致伸缩材料片；压电器件，其位于两个磁致伸缩材料片之间并与其耦合，用以将磁致伸缩材料产生的位移转换为电信号；以及夹具，其上安装耦合在一起的压电器件和两个磁致伸缩材料片。

但是，许多情况下，需要检测的目标磁场往往叠加在干扰磁场中，现有技术读取的数值均为叠加后的磁场，而无法直接读取出目标磁场，给测量带来困难，另外面对不同方向的磁场，检测也存在困难。

发明内容

针对现有技术无法从多种磁场中直接获取目标磁场的磁场强度的问题，本发明提供了一种基于磁电效应的多轴磁梯度计，利用多铁性磁传感器的感应原理，将若干多铁性磁传感器以不同的方向相互连接，实现直接获取多种方向磁场强度的差值或叠加值，解决了上述问题。

以下是本发明的技术方案。

一种基于磁电效应的多轴磁梯度计，包括读取单元及若干相互连接的多铁性磁传感器，所述读取单元输入端连接多铁性磁传感器，读取单元的输出端作为信号读取端，其中多铁性磁传感器分为若干方向。多铁性磁传感器感受到磁场后会产生电势差，利用相互连接的方式可以实现电势差的叠加或抵消，如以抵消的方式相互连接，将多铁性磁传感器放置在不同磁场环境中，则可以测量出不同磁场的强度差，例如当待测磁场与其他干扰磁场叠加时，通过在干扰磁场及叠加磁场分别放置多铁性磁传感器的方式，可以一次性准确测量出待测磁场的单独磁场强度。通过将若干多铁性磁传感器分为多个方向，可以同时检测多个方向的磁场强度，再通过电压的叠加或抵消得到输出值。

作为优选，所述多铁性磁传感器包括至少一层压电层及至少一层磁致伸缩层，其中工作电动势最低的一端作为阴极，工作电动势最高的一端作为阳极，多铁性磁传感器之间以同极连接的方式相互连接。连接的形式包括串联和并联，依据需求而定，通过同极连接，可以使得相邻多铁性磁传感器电动势抵消，在读取整体数值时，即是磁场强度差对应的电动势。

作为优选，所述若干多铁性磁传感器通过共用一层压电层的方式连接。该结构是将共用的压电层类比成基座，每个多铁性磁传感器分别沿一定方向设置，以检测不同方向的磁场。

作为优选，所述多铁性磁传感器共分为三个相互垂直的方向，每个方向包含至少两个多铁性磁传感器。比较常见的三维直角坐标系可以表示出立体空间中任意向量，因此参照这种设计制作的多铁性磁传感器组合，可以简化多方向磁场强度的检测和记录。