[发明专利]一种微米级被动式动态位移传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种微米级被动式动态位移传感器。

背景技术

位移传感器是传感器的一种，它是把位移量转换为电量的传感器。位移传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，它在工业自动化、军事、医疗、国防等各个领域具有广泛的应用。目前，市场上的位移传感器的种类多种多样，有激光位移传感器、电感式位移传感器，电容式位移传感器，霍尔式位移传感器等。这些传感器适应不同种类的测量需求，但总体分析看来，这些传感器属于主动式传感器，需要能量消耗；同时，这些传感器在成本、精度和测量稳定性这三个要素之间存在矛盾，因此一种成本低、精度高、工艺简单的新型位移传感器具有广泛应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对市场上位移传感器一些缺点，提供一种低成本，高精度，工艺简单，不需要消耗能量，电压-位移线性关系很好的微米级被动式动态位移测量器件。

为此,本发明采用的技术方案是: 一种微米级被动式动态位移传感器，其特征在于：它包括复合磁电层、永磁铁、铁轭，铁轭分为左右两部分，复合磁电层和永磁铁呈上下关系,置于铁轭左右部之间；永磁铁和铁轭构成磁回路，复合磁电层带有电压输出装置。

进一步的说，所述铁轭左右部的形状分别为“Ｆ”和反向的“Ｆ”。

进一步的说，所述复合磁电层和永磁铁分别置于所述铁轭左右部“Ｆ”和反向的“Ｆ”部的两横线之间，两者的上下关系可调换。

进一步的说，所述复合磁电层，采用压电材料层和磁致伸缩材料层组合而成的空间层状复合结构。

进一步的说，所述的复合磁电层的空间层状复合结构，可以为双层，也可以为多层，每层之间用导电胶粘接或者用电镀的方法实现机械耦合。

进一步的说，所述磁致伸缩材料层是Terfenol-D合金构成，所述的压电材料层是PMN-PT晶体构成。

本发明的工作原理是运用了所有磁回路的总磁通量在该器件中守恒的原理和复合磁电层的磁电效应，可移动钢片的位移变化，导致磁回路中磁通量的变化；根据磁电效应，磁回路中磁通量的变化导致磁致伸缩/压电复合磁电层产生输出电压，通过测量磁致伸缩/压电复合磁电层输出电压的大小来测量钢片位移的变化。

由磁回路中磁通量守恒定律有：

B=B1+B2;---(1)]]>

其中B₁、B₂分别为通过复合磁电层的磁感应强度与通过钢片的磁感应强度。同时B₂ 正比于钢片的位移。

施加在复合磁电层上的偏置磁场可由公式（２）表示：

H1=M+B1/μ---(2)]]>

其中M表示复合磁电层的磁化强度，μ表示磁导率。

复合磁电层的磁电效应可表示为：

αv=∂U/∂H---(3)]]>

由公式（３）可知，复合磁电层的输出电压正比于施加在复合磁电层的偏置磁场。